(12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP 224173 B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. F24H 3/00 (06.01) F24F 1/00 (11.01) F24F /00 (06.01) F24F 12/00 (06.01) F28D 1/02 (06.01) H01M 8/06 (06.01) F24D 11/02 (06.01) H01M 8/04 (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert 14.03.31 (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet 13.11.13 (86) Europeisk søknadsnr 11701878.8 (86) Europeisk innleveringsdag 11.01.11 (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato 12.11.21 () Prioritet.01.13, NL, 04089 (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 Flamco B.V., Amersfoortseweg 9, 371 LJ Bunschoten, NL-Nederland (72) Oppfinner CNOSSEN, Jan, Henk, Gerben Ypmastraat 29, NL-8723 Koudum, NL-Nederland DEVLIN, Terence, Arthur, Schaapweg 14A, NL-7312 AP Apeldoorn, NL-Nederland (74) Fullmektig Oslo Patentkontor AS, Postboks 7007 Majorstua, 06 OSLO, Norge (4) Benevnelse System for ekstraksjon av varme fra utenforliggende luft (6) Anførte publikasjoner EP-A1-0 878 668 EP-A1-1 967 797 FR-A1-2 726 636 JP-A- 9 9 731
1 Beskrivelse Den foreliggende oppfinnelsen gjelder et system for å ekstrahere eller få ut varme fra utenforliggende luft, f.eks. med eller i form av en varmepumpe. Systemet er av den typen som er definert i ingressen i det ene uavhengige kravet. Hensikten med den foreliggende oppfinnelsen er et system som gjør det mulig med f.eks. varmepumper - som opererer med (utenforliggende) luft som varme- (eller kulde-) kilde - å tilveiebringe den varmeenergien som er påkrevet for å omdanne varme (eller kulde). Slike varmepumper ekstraherer varme (eller kulde) fra (fortrinnsvis) utenforliggende luft og omdanner den til varme (eller kulde) som kan brukes til å varme opp (eller kjøle ned) steder og/eller varmt springvann. 1 Slike systemer er generelt kjente og har den felles ulempen at tilstrekkelig utenforliggende luft alltid må ha tvungen pumping gjennom en varmeveksler (vanligvis en fordamper) for å kunne gjøre det mulig med oppsamling av den varmen som er påkrevet for den varmegenererende prosessen i fordampningsdelen på varmepumpen. En vifte som gir støyforstyrrelser anvendes for dette formålet. Av denne grunn blir et arrangement av en slik kjent fordamper med vifte ofte plassert utenfor en bygning eller en plass. Plassering av et slikt system vil nesten alltid ha en uheldig innvirkning på estetikken, eller mer generelt utseendet, for denne bygningen eller denne plassen. Videre, selv om støyforstyrrelsen dermed flyttes utenfor bygningen eller plassen, vil den fortsatt kunne sies å forårsake irritasjon for nærområdet. Fra FR 2726636 er en radiator kjent, som utviser noen av særtrekkene i det vedføyde selvstendige kravet, for å kunne varme opp luft inne. 2 Oppfinnelsen har som hensikt å være i stand til å kunne unngå en konvensjonelt påkrevet, tung vifte som forårsaker støyforstyrrelser med luftforskyvning som formål. Det er ikke utelukket at en liten, mer stille vifte kan anvendes om ønskelig. For dette formålet skiller oppfinnelsen seg ut fra de kjente systemene ved sammenstillingen av særtrekkene, slik som definert i kombinasjon i det vedføyde selvstendige kravet. Den nødvendige lufttilførselen gjennom kanalen kan således bli tilveiebragt, full- stendig eller i det minste i et betydelig omfang, med basis i drift av varmeveksleren når den plasseres i et nedløpsrør; kald luft har tross alt en tendens til å synke og
2 dytter dermed luftstrømmen ned gjennom nedløpsrøret. Dermed kan det unngås en anvendelse av en stor og tung vifte som gir støyforstyrrelse. Systemets kanal kan plasseres inne i bygningen, eller kan til og med danne en integrert del av denne, eller den kan anordnes utenfor langsmed den ytre veggen, uten å generere forstyrrende støy eller gi opphav til estetiske innvendinger. Kanalen kan strekke seg over forskjellige etasjer på en bygning eller være begrenset i vertikal lengde til den høyden som er tilgjengelig i et teknisk område. En passende middelvei kan her velges, mellom effektivitet og virkningsgrad for systemet, i forhold til den estetiske effekten ved å arrangere eller tilveiebringe en slik kanal og hvorvidt denne kanalen derfor kan arrangeres utenfor den ytre veggen. Kanalen kan strekke seg delvis innenfor og delvis utenfor bygningen eller plassen. I tillegg til, eller som alternativ til, disse typer muligheter innenfor omfanget av oppfinnelsen ifølge definisjonen av denne i det eneste selvstendige kravet, vil de uselvstendige kravene gjelde ytterligere foretrukne utførelsesformer. 1 Et system ifølge oppfinnelsen, kan dermed videre ha det særtrekket av at et varmeelement tilveiebringes, som i hovedsak er forbundet med oppstigningsrøret. Effektiviteten kan dermed økes for ytterligere å forsterke gjennomgangstilførsel av luft i kanalen. Varmluft har tross alt en tendens til å stige, og vil dermed dytte luftstrømmen oppover gjennom oppstigningsrøret. 2 Et system med et varmeelement ifølge oppfinnelsen kan således ha det ytterligere særtrekket at oppstigingsrøret og nedløpsrøret begge i hovedsak strekker seg oppover fra tilkoblingsrøret, og at varmeelementet i hovedsak blir forbundet med minst det ene av oppstigingsrøret og tilkoblingsrøret. I en annen utførelsesform, med eller uten et varmeelement, vil et system ifølge oppfinnelsen ha det særtrekket at oppstigingsrøret og nedløpsrøret begge i vesentlighet strekker seg nedover fra tilkoblingsrøret, og varmeveksleren i hovedsak er forbundet med minst det ene av nedløpsrøret og tilkoblingsrøret. I slike utførelsesformer kan enten varmeveksleren eller varmeelementet (hvis den er til stede) begynne å virke på luftstrømmen allerede i tilkoblingsrøret, som deretter strømmer videre til det andre av nedløpsrøret og stigningsrøret. Tilkoblingsrøret kan således anses å være et vendepunkt i strømningsretningen for luftstrømmen gjennom nedløpsrøret og oppløpsrøret, og i det minste varmeveksleren og dessuten - dersom den er til stede - kan varmeelementet allerede begynne å ha en virkning på strømmen ved eller i dette vendepunktet for å kunne øke den.
3 I en annen utførelsesform, med eller uten et varmeelement, kan et system ifølge oppfinnelsen ha det særtrekket at en varmepumpe kobles til varmeveksleren. En lavstøys- eller til og med en støyfri varmetilførsel kan således realiseres for varmepumpen, for dermed å kunne gjør det mulig med iverksetting av funksjonen derav. I en annen utførelsesform, med eller uten et varmeelement, kan et system ifølge oppfinnelsen ha det særtrekket at en lagringstank er forbundet med varmeveksleren og varmepumpen. En buffertilførsel kan således etableres, f.eks. for å tilføre et sentralt varmesystem eller en gulvvarming dermed når systemet ifølge oppfinnelsen er midlertidig ute av funksjon eller virker mindre godt. 1 I en annen utførelsesform med et varmeelement, kan et system ifølge oppfinnelsen ha det særtrekket at varmeelementet er forbundet med minst en betydelig del av en lengde på oppstigningsrøret. Temperaturen på luftstrømmen kan således økes over hele lengden i oppstigningsrøret for dermed også å øke hastigheten ved hvilken luftstrømmen stiger gjennom oppstigningsrøret og videre øke systemets virkningsgrad. Det er her fortrinnsvis mulig at varmeelementet kan forbindes med hovedsakelig hele lengden til oppstigingsrøret. Optimalisering av økningen i strømningshastigheten for luftstrømmen gjennom oppstigingsrøret kan således realiseres, forutsatt at dette kan forsvares med utgangspunkt i energivurderinger i lys av den energien som forbrukes av varmeelementet og dennes opprinnelse. 2 I en annen utførelsesform, med eller uten et varmeelement, kan et system ifølge oppfinnelsen ha det særtrekket at varmeveksleren er forbundet med minst en betydelig del av en lengde på nedløpsrøret. Tilsvarende vurderinger som er gitt ovenfor for varmeelementet vil også gjelde for oppstigningsrøret med hensyn til å øke hastigheten som luftstrømmen går ned med gjennom nedløpsrøret. Det vil dermed også kunne anbefales at varmeveksleren hovedsakelig forbindes med hele lengden av nedløpsrøret for å optimalisere hastigheten. I en annen utførelsesform, med eller uten en varmeveksler, kan et system ifølge oppfinnelsen ha det særtrekket av at varmeelementet er minst ett av elementene eller komponentene fra gruppen som omfatter: brenselceller, elektriske varmeelementer og så videre. Slike utslippsfrie varmeelementer er anbefalt. Med et varmeelement i form av en brenselscelle kan det her anbefales at en gassbeholder tilveiebringes for å holde på en buffertilførsel av gass som er nødvendig
4 for brenselcellen. Kontinuerlig funksjon kan dermed sikres, selv om gasstilførselen (midlertidig) er avbrutt. I tillegg, eller alternativt, kan systemet dermed videre omfatte en elektrolyseenhet for å tilveiebringe hydrogen- og/eller oksygengass for brenselcellen nødvendig for denne. Behovene til brenselcellen kan dermed sørges for lokalt. I en annen utførelsesform, med eller uten et varmeelement, kan et system ifølge oppfinnelsen ha særtrekket av et solpanel for å generere elektrisk energi påkrevet av systemet, fra solenergi. Denne energien kan benyttes for (et utvalg av) komponenter i systemet eller for tilhørende elementer/komponenter så som varmepumpen, varmeelementet, elektrolyseenheten osv. 1 I en annen utførelsesform kan et system, med eller uten et varmeelement, ha det særtrekket av at en varmeveksler er koblet til innløpet og utløpet for å gjenvinne varme fra utslippsluften. Det er således mulig å gjenvinne varme fra den luftstrømmen som forlater systemet ved utløpet og dermed ytterligere øke virkningsgraden for systemet. En utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen vil bli beskrevet nedenfor, ved hjelp av et eksempel og ikke som en begrensning, med henvisning til de medfølgende figurene, hvor like eller tilsvarende deler, komponenter og aspekter er benevnt med de samme henvisningstallene og hvor: Figur 1A viser et skjematisk overblikk av et system ifølge oppfinnelsen; Figur 1B viser et alternativ for en del av systemet i Figur 1A; og Figur 1C viser et alternativ for en annen del av systemet i Figur 1A enn i Figur 1B. 2 Ideen med denne oppfinnelsen gjelder et system 1 som gjør det mulig for varmepumper 2 - som driftes med luft, fortrinnsvis utenforliggende luft, som varme- (eller kulde-) kilde - å produsere den varmeenergien som er nødvendig for å omdanne varme (eller kulde) på en ekstremt stille måte, dvs. uten tunge og støyende vifter. Denne type varmepumpe 2 ekstraherer ut varme (eller kulde) fra (fortrinnsvis) utenforliggende luft via et innløp 3 og omdanner det til varme (eller kulde) som kan
benyttes av brukeren for å varme opp (eller avkjøle) plasser via innløpskanal og returkanal 6 og/eller av varmt springvann. Et problem i denne type varmepumpe 2 er at det må alltid være en tvungen strøm av tilstrekkelig utenforliggende luft gjennom en varmeveksler (fordamper) 7 for å gjøre det mulig med oppsamling av den varmen som er nødvendig for varmegenereringsprosessen for varmeveksleren 7 til varmepumpen 2. En vifte har vanligvis blitt brukt for dette formålet tidligere, og dette forårsaker en støyforstyrrelse. Med den tiltenkte oppfinnelsen er en vifte for luftforskyvning unødvendig (en liten og mer stille vifte kan imidlertid anvendes om ønskelig). 1 Systemet ifølge oppfinnelsen i den utførelsesformen som er vist i Figur 1 omfatter et oppstigningsrør 8, et tilkoblingsrør 9 og et nedløpsrør, som til sammen danner en kanal. Oppstigningsrøret 8 og nedløpsrøret strekker seg i vertikal retning over den størst mulige høyden (vanligvis begrenset av den tilgjengelige høyden i et (teknisk) område hvor systemet er anordnet). Systemet kan også anordnes inni, mot eller utenfor en ytre vegg på en bygning, og vil dermed ikke være begrenset av høyden på den plassen som er tilgjengelig i et teknisk område. I nedløpsrøret, som danner en kjøledel av kanalen, avkjøles luft med varmeveksleren 7 på varmepumpen 2 montert inni, på eller rundt dette røret for å danne en fordampningsdel derav. En luftsirkulasjon (luftstrøm i nedadgående retning) gjennom nedløpsrøret 8 vil hermed bli startet. Varmeveksler 7 på varmepumpe 2 kan strekke seg over hele lengden av nedløpsrøret 8 i kanalen. 2 Når kanalen av estetiske grunner er montert i en bygning eller på en plass, vil innløp 3 og utløp 4 være plassert på ytre vegg 11, fortrinnsvis plassert nær hverandre på den samme ytre veggflaten, slik at forskjeller i lufttrykk som f.eks. blir forårsaket av vinden, blir minimert. På den samme måten som ved eller i nedløpsrøret 8, kan luftsirkulasjonsprosessen i oppstigingsrøret for kanalen også stimuleres ytterligere ved oppvarming av luft med bruk av et varmeelement 12 - plassert for dette formålet i sekvens før kjøledelen.
6 De åpne ytre endene i kanalen, som tar form av et U-formet rør, danner innløp 3 og utløp 4, og er direkte koblet til den utenforliggende luften. Et varmeelement 12 i oppstigningsrøret 8 i kanalen kan dannes av eller bestå av en brenselcelle 12. Den varmen som frigjøres under reaksjonen mellom oksygen og hydrogen vil her bli tilbakeført direkte inn i luftkanalen. Istedenfor en brenselcelle 13 er det også mulig å bruke andre varmeelementer, så som et elektrisk varmeelement 16, som vist i Figur 1B. Et hvilket som helst tilfeldig varmeelement for å generere varme er faktisk egnet for dette formålet, selv om det er konstatert at utførelsesformer som bidrar med et lavt utslipp er anbefalt. Det er også mulig å arrangere mer enn ett varmeelement 12 (av samme eller for- skjellige type) i oppstigningsrøret i kanalen. Hele lengden for oppstigningsdelen av kanalen kan også benyttes her for det arrangementet av varmeelementer 12. Oppvarming av luften i oppstigningsrøret 8 i kanalen gjør at luftstrømmen stiger. Ny kjøligere utenforliggende luft blir herved trukket inn fra det utenfor via innløp 3. 1 Det vil kunne sies at det er en luftstrøm i kanalen fordi, forbi det høyeste punktet dannet av tilkoblingsrøret 9, vil en motsatt effekt forårsaket av varmeveksleren 7 som er forbundet med en varmepumpe 2 finne sted i nedløpsrøret til kanalen. Varmeveksler 7, i form av en fordamper for varmepumpe 2 er arrangert i nedløpsrøret i kanalen. Den varmen som tidligere er varmet opp i oppstigningsrøret 8 avkjøles i nedløpsrøret til en temperatur som er lavere enn den for den utenforliggende luften. 2 Brenselcelle 13, vist i Figur 1A, tilveiebringes med hydrogen eller oksygen fra en elektrolyseenhet 14. En vandig ledende løsning (salt eller syre) er tilstedeværende i denne elektrolyseenheten 14. Den elektrisiteten som er påkrevd for elektrolysen kommer fortrinnsvis fra et fotovoltaisk (PV) solpanel 1. Det er mulig å etablere en gasstilførsel, hvormed solcelle 13 kan bli tilført gass ved tider når det ikke er noe tilgjengelig sollys. En buffertank (ikke vist) kan benyttes for dette formålet. Det kan også være en direkte strømtilførsel fra et PV-solpanel 1 til et elektrisk varmeelement 16 i Figur 1B i, på eller ved oppstigningsrør 8 i kanalen. Den elektri-
7 siteten som er generert av solpanelet 1 er tilgjengelig for varmepumpen 2 eller for andre deler av systemet, men kan også leveres til nettet (offentlig forsyningsnett). I en annen utførelsesform kan den utenforliggende luften også først varmes opp i en varmeveksler slik som anvendes i et varmevekslersystem for ventilering av luft. Denne utførelsesformen er vist i Figur 1C. 1 Etter granskning av den foregående beskrivelsen av en mulig utførelsesform, med henvisning til de medfølgende figurene, som oppfinnelsen ikke på noen måte er begrenset av, vil mange alternativer og ytterligere utførelsesformer kunne forekomme for fagpersonen, som alle må anses for å være utførelsesformer av oppfinnelsen i den grad disse variantene samsvarer med definisjonene i kravene, enten bokstavelig talt eller ved at de samme hensiktene blir søkt etter med de samme eller tilsvarende midler. Figurene vil dermed ikke vise at kanalen også kan utføres i en omvendt posisjon. Innløp 3 og utløp 4 på kanalen blir da plassert f.eks. i takkkonstruksjon i en bygning, her dessuten fortrinnsvis plassert nær hverandre i den samme takoverflaten, slik at forskjellene i lufttrykk forårsaket f.eks. av vinden vil bli minimert. Oppstigningsrøret og nedløpsrøret til kanalen vil da være i reversert rekkefølge: i nedløpsrøret på kanalen blir den utenforliggende luften avkjølt av varmeveksler 7 på varmepumpe 2, hvormed luftstrømmen settes i bevegelse i en nedadgående retning gjennom nedløpsrøret til tilkoblingsrøret 9, og den tidligere avkjølte luften varmes opp i oppstigningsrøret 8 i kanalen med en ovenfor beskrevet brenselcelle 13 og/eller elektrisk varmeelement 16 eller lignende, hvormed luftstrømmen blir stimulert i oppadgående retning gjennom oppstigningsrør 8. 2 Systemets kanal ifølge oppfinnelsen kan innlemmes i en ytre vegg for å kunne realisere en større høyde på denne, enn det som er tilgjengelig i et teknisk område. Dette kan selvsagt bli tatt hensyn til under utforming og bygging av en bygning, eller kan realiseres under renovering av minst den ytre veggen på en eksisterende bygning.
8 P a t e n t k r a v 1 1. System for ekstraksjon av varme fra utenforliggende luft, omfattende: - et innløp (3), som er koplet til den utenforliggende luften; - en varmeveksler (7) koblet til innløpet; - et utløp (4) som kobler til varmeveksleren og utenforliggende luft; - en kanal som kobler til innløpet, varmeveksleren og utløpet og omfatter et stående oppstigningsrør (8), et stående nedløpsrør () og et forbindelsesrør (9) mellom oppstigningsrøret og nedløpsrøret; og - et skovlhjul (12) forbundet med kanalen for å tilveiebringe en volumstrøm av luft som er tilstrekkelig for varmeveksleren (7), via innløpet og langsmed eller gjennom varmeveksleren, hvori - innløpet (3) og utløpet (4) er koblet til utenforliggende luft; og - varmeveksleren forbundet med nedløpsrøret og omfatter en fordamper (7) koblet til en varmepumpe (2), hvori fordamperen (7) er arrangert for å avkjøle luft i nedløpsrøret () og øke en nedadgående luftstrøm gjennom nedløpsrøret (). 2. System ifølge krav 1, hvori et varmeelement tilveiebringes, som hovedsakelig er forbundet med oppstigningsrøret, hvori varmeelementet er arrangert for å varme opp luft i oppstigningsrøret (8) og således øke den oppadgående luftstrømmen gjennom oppstigningsrøret (). 3. System ifølge krav 1 eller 2, hvori oppstigningsrøret (8) og nedløpsrøret () begge strekker seg hovedsakelig oppover fra tilkoblingsrøret (9), og varmeelementet (12) er hovedsakelig forbundet med minst ett av oppstigningsrøret og tilkoblingsrøret. 2 4. System ifølge krav 1, 2 eller 3, hvori oppstigningsrøret (8) og nedløpsrøret () begge i hovedsak strekker seg nedover fra tilkoblingsrøret (9), og varmeveksleren (7) i hovedsak er forbundet med minst ett av nedløpsrøret og tilkoblingsrøret.. System ifølge minst krav 1, hvori en lagringstank er forbundet med varmeveksleren og varmepumpen. 6. System ifølge minst krav 2, hvori varmeelementet (12) er forbundet med minst en betydelig del av en lengde på oppstigningsrøret (8).
9 7. System ifølge krav 6, hvori varmeelementet (12) er forbundet med hovedsakelig hele lengden av oppstigningsrøret (8). 8. System ifølge minst ett av de foregående krav, hvori varmeveksleren (7) er forbundet med minst en vesentlig del av en lengde av nedløpsrøret (). 9. System ifølge krav 8, hvori varmeveksleren (7) er forbundet med hovedsa- kelig hele lengden av nedløpsrøret ().. System ifølge minst krav 2, hvori varmeelementet (8) er minst ett av elementene eller komponentene fra gruppen omfattende: brenselceller, elektriske varmeelementer eller et hvilket som helst annet varmeelement. 11. System ifølge krav, med et varmeelement (12) i form av en brenselcelle, hvori en gassbeholder er tilveiebragt for å inneholde en buffertilførsel av gass nødvendig for brenselcellen. 12. System ifølge krav eller 11, videre omfattende en elektrolyseenhet for å forsyne brenselcellen med nødvendig hydrogen og/eller oksygen gass. 1 13. System ifølge minst ett av de foregående krav, videre omfattende en sol- oppsamler (1) for generering av elektrisk strøm nødvendig systemet, fra solenergi. 14. System ifølge minst ett av de foregående krav, videre omfattende en varmeveksler (17) koblet til innløpet (3) og utløpet (4) for å gjenvinne varme fra utslippsluft.