CZ30732U1 - Kompaktní multifunkční mobilní energetický systém - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká kompaktního multifunkčního mobilního energetického systému, řízeného počítačem, určenému ke chlazení, klimatizování a vytápění vnitřních prostor budov a hal.

Dosavadní stav techniky

Dosavadní stav techniky v oboru představují níže uvedené způsoby a zařízení pro zásobování energiemi z náhradních a mobilních zdrojů, a to:

Spojení spalovacího motoru s generátorem (kogenerace) - tato zařízení pracují jako kogenerační jednotky vyrábějící elektrickou energií, bývají používány jak pro trvalé provozy tak jako záložní ío zdroje. U těchto jednotek se využívá spalinové a motorové teplo, které může dosahovat tepelného spádu 90°C/70°C. Toto uspořádání vyrábí současně elektrickou energii a teplo. Spalovací motory využívají různá paliva jako plyn z bioplynových stanic, kapalné palivo, zemní plyn apod.

Spojení spalovacího motoru a chladicího kompresoru. V současné době se toto uspořádání vyrábí v kombinaci spalovací motor a pístový kompresor, nebo kompresor šroubový. Podle typu uspo15 řádání se volí spalovací motor a nominální otáčky, při kterém tato soustrojí pracují. U těchto jednotek využívá spalinové a motorové teplo, které může dosahovat tepelného spádu 90 °C/70 °C a navíc kondenzační teplo z chlazení o tepelném spádu 45 °C/50 °C. Tento tepelný spád se mění podle typu použitého chladivá a dalších technických parametrů. Tyto jednotky je možné využít v chladicí technice pro chladímy, mrazírny a klimatizaci. Tyto jednotky mohou současně vyrábět teplo o dvou tepelných spádech, a chladit požadované prostory. Dále je možné využít tyto jednotky v režimech tepelného čerpadla. Spalovací motory využívají různá paliva jako plyn z bioplynových stanic, kapalné palivo, zemní plyn apod.

Spalovací motor generátor a absorpční chlazení (trigenerace) - tato zařízení pracují jako kogenerační jednotky, vyrábí elektrickou energií, bývají vyráběny jak pro trvalé provozy, tak jako zá25 ložní zdroje. Dále se u těchto jednotek využívá spalinové a motorové teplo, které může dosahovat tepelného spádu 90 °C/70 °C. Toto teplo se u těchto uspořádání využívá jak pro ohřevy tak, pro provoz absorpčního chlazení. Tyto jednotky tedy produkují teplo, chlad a elektrickou energii. Spalovací motory využívají různá paliva jako plyn z bioplynových stanic, kapalné palivo, zemní plyn apod.

Výše uvedené kombinace zařízení umožňují varianty, elektřina + teplo pro vytápění nebo chlazení. V případě absorpčního chlazení není možno využívat toto chlazení pro vypařovací teploty pod 0 °C. V případě uspořádání spalovací motor a kompresor není možnost výroby elektrické energie.

Podstata technického řešení

Kompaktní multifunkční mobilní energetický systém pro chlazení, klimatizování a vytápění vnitřních skladovacích i ostatních průmyslových prostor, který odstraňuje nevýhody stávajících řešení, umožňuje prostřednictvím svých okruhů (motorového, mrazícího a klimatizačního s tepelným čerpadlem) dodávat teplo na vytápění budov, chlad pro chladímy a mrazírny, teplo či chlad pro klimatizaci a rovněž elektrickou energii pro pohon externích agregátů nebo pro· svícení.

Tento kompaktní multifunkční systém může mít podobu stacionárního kontejnerového souboru nebo tento soubor může být umístěn na podvozku nákladního automobilu nebo železničního vagonu. Tento kompaktní multifunkční systém a jeho jednotlivé okruhy a v nich obsažené komponenty (např. ventily, čerpadla atp.) jsou řízeny počítačem, což umožňuje optimální provoz celého systému. Kompaktní multifunkční mobilní energetický systém sestává ze tří okruhů, z třívývo45 dové spojky a z generátoru elektrického proudu. Jsou to následující okruhy: Motorový okruh, mrazící okruh s vytápěcím obvodem a klimatizační okruh s tepelným čerpadlem. Motorový okruh sestává ze spalovacího motoru poháněného například plynem, k němuž je přiřazen primární chladící obvod motoru, který je propojený, přes deskový výměník, se sekundárním chladícím

- 1 CZ 30732 U1 obvodem. Sekundární chladící obvod je, přes další deskový výměník, spojen s výstupem teplonosné látky, kterou je voda, a rovněž se vstupem do a z neznázoměného topného tělesa.

Chladivém v primárním chladícím obvodu motoru a rovněž v sekundárním chladícím obvodu je směs vody a glykolu. Sekundární chladící obvod rovněž prochází přes spalinový výměník, který je součástí výfukového potrubí spalovacího motoru. Spalovací motor je hřídelem propojen s třívývodovou převodovkou, přičemž každý vývod převodovky může mít jiné otáčky. Vývody z převodovky jsou, přes vypínatelné spojky, spojeny s kompresory chladících a topných okruhů a s generátorem elektrického proudu. Jeden vývod je přes vypínatelnou spojku spojen s kompresorem prvního, mrazícího okruhu, druhý vývod je spojen, přes spojku, s generátorem io elektrického proudu a třetí vývod je, přes vypínatelnou spojku, spojen s kompresorem klimatizačního okruhu s tepelným čerpadlem. Vypínatelná spojka je upravena pro plynulé spojení kompresoru s převodovkou a má speciální úpravu pro zvýšení životnosti.

Ke kompresoru mrazícího okruhu je připojeno výstupní potrubí, pro vedení stlačeného chladivá tvořeného vodou s olejem, které je přes odlučovač oleje a skrze deskový výměník propojeno se vzduchovým kondenzátorem a dále přes sběrač a odlučovač zbytkové vlhkosti (filtrdehydrátor) s výpamíkem mražení, který je přes přívod odpařeného chladivá spojen se sáním kompresoru.

K deskovému výměníku, který je součástí nízkoteplotního obvodu s teplou topnou větví a s vratnou studenou větví je připojeno topné těleso. Vratná studená větev je opatřena čerpadlem a trojcestným počítačem ovládaným servoventilem, který je prostřednictvím trubky propojen se teplou topnou větví.

Z odlučovače oleje je vyvedeno chladící potrubí kompresoru, v němž proudí olej získaný z odlučovače oleje. Chladící potrubí kompresoru dále prochází vsazeným deskovým výměníkem chlazení, který je napojen, vstupem a výstupem teplonosné látky, na neznázoměný topný okruh. Chladící potrubí oleje kompresoru, po výstupu z deskového výměníku chlazení, je napojeno na kompresor.

Ke kompresoru klimatizačního okruhu s tepelným čerpadlem je připojeno výstupní potrubí stlačeného chladivá, které je přes odlučovač oleje a skrze čtyřcestný počítačem ovládaný servoventil a přes vnitřní výměník tepelného čerpadla napojeno na vnější výměník tepelného čerpadla, z něhož vychází vratné potrubí, pro odpařené chladivo, napojené na sání kompresoru.

Rovněž i u klimatizačního okruhu s tepelným čerpadlem jez odlučovače oleje vyvedeno chladící potrubí kompresoru. Chladící potrubí kompresoru prochází vsazeným deskovým výměníkem chlazení, který je napojen, vstupem a výstupem teplonosné látky, na neznázoměný topný okruh.

Kompaktní multifunkční mobilní energetický systém lze s výhodou využívat v následujících oblastech techniky, a to:

- v oblasti přednostního vytápění, s možností využití dvou tepelných spádů 50 °C/40 °C a 90 °C/70 °C a možnosti využití chlazení. Instalovaný generátor umožňuje výrobu elektrické energie pro provoz stroje v ostrovním režimu, případně při výpadku elektrického proudu může zařízení sloužit jako záložní zdroj elektrické energie,

- v oblasti přednostního chlazení, s možností využití dvou tepelných spádů vhodných pro klimati40 žací, chlazení či mražení a možnosti využití spalinového a kondenzačního tepla o tepelných spádech 50 °C/40 °C a 90 °C/70 °C. Instalovaný generátor umožňuje výrobu elektrické energie pro provoz stroje v ostrovním režimu, případně při výpadku elektrického proudu může zařízení sloužit jako záložní zdroj elektrické energie. Při využívání ve skladovacích provozech je možné využívat souběžně chlazení a elektrickou energii tak, aby byl zachován provoz chladícího zařízení pouze z plynu, případně zkapalněného plynu a předešlo se ztrátám na skladovaném zboží. Kompaktní multifunkční mobilní energetický systém je vybaven vlastním řídicím systémem počítačem, který je navázán na systém řízení budovy či areálu a optimalizuje využívání jednotlivých energií s ohledem na spotřebu, akumulaci a energetickou soběstačnost. Účinné spojení s tepelným čerpadlem umožní zařazení objektu do kategorie budov s téměř nulovou spotřebou energie.

- 2 CZ 30732 Ul

Objasnění výkresů

Další výhody a účinky z uspořádání kompaktního multifunkčního mobilního energetického systému patrny z připojených výkresů, kde značí obr. 1 - Schéma celého kompaktního multifunkčního mobilního energetického systému, obr. 2 - schéma mrazícího, okruhu, obr. 3 - schéma kli5 matizačního okruhu s tepelným čerpadlem.

Příklad uskutečnění technického řešení

Kompaktní multifunkční mobilní energetický systém na obr. 1 sestává z motorového okruhu M se spalovacím motorem E, k němuž jsou, přes tří vývodovou převodovku P, připojeny dva chladící okruhy - mrazící okruh F1 a klimatizační okruh s tepelným čerpadlem F2 a dále generátor ío elektrického proudu G, přičemž ke spalovacímu motoru E je přiřazen primární chladící obvod L

Součástí primárního chladícího obvodu i je počítačem ovládaný první trojcestný servoventil 8, propojující obě větve primárního chladícího obvodu 1 a dále expanzní nádoba 10 s pojistným ventilem 11 a čerpadlo 7. Primární chladící obvod prochází deskovým výměníkem Dl navázaným na sekundární chladící obvod 2, jehož součástí je expanzní nádoba 100 s pojistným ventilem

Ul, čerpadla 9 a 91 a počítačem ovládaný druhý trojcestný servoventil 80 propojený s pomocným chladícím obvodem 200, jehož součástí je chladič s ventilátorem VI. Součástí sekundárního chladícího obvodu 2 je počítačem ovládaný třetí trojcestný servoventil 81 propojující obě větve sekundárního chladícího obvodu 2. Součástí sekundárního chladícího obvodu 2 je výměník D2 s výstupem 3 teplé topné vody a se vstupem 4 ochlazené topné vody, přičemž sekundární chladící obvod 2 je napojen na spalinový výměník D3 umístěný na výfukovém potrubí 5 spalovacího motoru E. Na výfukovém potrubí 5 je umístěn tlumič výfuku 6.

Spalovací motor E je prostřednictvím hřídele H propojen s trivývodovou převodovkou P opatřenou na výstupu třemi propojovacími hřídelemi 17, 29 a 3J_, přičemž propojovací hřídel 17 je přes vypínateinou spojku 18 propojena s kompresorem K1 mrazícího okruhu F1 a propojovací hřídel

29 je přes vypínateinou spojku 30 propojena se generátorem elektrického proudu G a propojovací hřídel 31 je přes vypínateinou spojku 32 propojena s kompresorem K2 klimatizačního okruhu s tepelným čerpadlem F2. Přívod vzduchu 12 do spalovacího motoru E, osazený vzduchovým filtrem 14, ústí do směšovače paliva 15, do něhož je napojen i přívod paliva 16. Olejová vana Γ3 je napojena na mazání spalovacího motoru E.

Ke kompresoru K1 mrazícího okruhu F1 (viz obr. 2) je připojeno výstupní potrubí 23 stlačeného chladivá, které je, přes odlučovač oleje 20 a skrze deskový výměník D5, propojeno se vzduchovým kondenzátorem V2 a dále přes zásobník kapalného chladivá 24 a odlučovač zbytkové vlhkosti 25 s výpamíkem 28, který je přes přívod odpařeného chladivá 27 spojen se sáním kompresoru Kl. Z odlučovače oleje 20 je vyvedeno chladící potrubí kompresoru 19 se vsazeným desko35 vým výměníkem chlazení D4. který obsahuje výstup pro ohřátou topnou vodu 21 a vstup ochlazené vody 22. K deskovému výměníku D5 je připojen nízkoteplotní topný obvod C s teplou topnou větví 39 a s vratnou studenou větví 40, které jsou připojeny k topnému tělesu 41, přičemž vratná studená větev 40 je opatřena čerpadlem 92 a počítačem ovládaným čtvrtým troj čestným servoventilem 82, který je prostřednictvím trubky 42 propojen s teplou topnou větví 39.

Ke kompresoru K2, klimatizačního okruhu s tepelným čerpadlem F2, (viz obr. 3) je připojeno výstupní potrubí 33 stlačeného chladivá, které je, přes odlučovač oleje 51 a skrze čtyřcestný počítačem řízený servoventil 43, propojeno přes vnitřní výměník tepelného čerpadla V4 a přes zpětné klapky 44 a přes počítačem řízené servoventily - třícestný počítačem řízený servoventil 46 a dvojcestný počítačem řízený servoventil 45 s vnějším výměníkem tepelného čerpadla V3, z něhož vychází potrubí 37, napojené na čtyřcestný počítačem řízený servoventil 43, z něhož vychází, přes lapač kapaliny 49, vratné potrubí pro odpařené chladivo 38, napojené na sání kompresoru K2. Třícestný počítačem řízený servoventil 46 je, potrubím pro vyrovnání tlaku 52, propojen s vratným potrubím pro odpařené chladivo 38. Vnitřní výměník tepelného čerpadla V4 je napojen potrubím 53, 54 na neznázorněný teplovodní ohřívací obvod, jehož součástí je vstupní potrubí 53 a výstupní potrubí 54 s bivalentním zdrojem 50. Z odlučovače oleje 51 je vyvedeno chladící potrubí 34 kompresoru K2, se vsazeným deskovým výměníkem chlazení D7, přičemž chladící po- 3 CZ 30732 Ul trubí 34 je zaústěno do kompresoru K2. Deskový výměník chlazení D7 obsahuje přívod chladné topné vody 35 a vývod ohřáté topné vody 36. Teplo získané z ohřáté topné vody, z vývodu 36, je možné využít k vytápění objektu.

Funkce zařízení dle technického řešení je následující:

Spalovací motor E, svým chodem, vytváří teplo, které je nutné z motoru chlazením odvést, což se děje prostřednictvím chladící vody (směsi vody a glykolu), která činností čerpadla 7 proudí v primárním chladícím obvodu motoru i, přes deskový výměník Dl. v němž teplo přejímá chladící voda ze sekundárního chladícího obvodu 2. Počítačem ovládaný první trojcestný servoventil 8, který je součástí primárního chladícího obvodu motoru I umožňuje jeho odpojení od sekundárního chladícího obvodu 2. Případný nedostatek chladící vody v primárním chladícím obvodu 1 je kompenzován její dodávkou z první expanzní nádoby 10, přičemž maximální tlak v primárním chladícím obvodu I je omezen nastavením prvního pojistného ventilu 1_1. Množství tepla obsažené v chladící vodě sekundárního chladícího obvodu 2 se zvyšuje průchodem chladící vody spalinovým výměníkem D3. Ohřátá chladící voda odevzdává v ní obsažené teplo, přes deskový výměník D2, do výstupu teplé topné vody 3, která je vedena do neznázoměného otopného tělesa, z něhož se ochlazená topná voda vrací vstupem 4 do deskového výměníku D2. Chladící voda ze sekundárního chladícího obvodu 2 je, přes počítačem ovládaný druhý trojcestný servoventil 80, čerpadly 9 a 91 vedena do deskového výměníku Dl, v němž ochlazuje chladící vodu v primárním chladícím obvodu i a tím i spalovací motor E. Pokud po průchodu deskovým výměníkem D2 má chladící voda sekundárního chladícího obvodu 2 příliš vysokou teplotu je chladící voda, přepnutím počítačem ovládaného druhého trojcestného servoventilu 80, vedena přes pomocný chladící obvod 200, který teplotu chladící vody sníží průchodem přes chladič s ventilátorem VI. Případný nedostatek chladící vody v sekundárním chladícím obvodu 2 je kompenzován její dodávkou z druhé expanzní nádoby 100. přičemž maximální tlak v sekundárním chladícím obvodu 2 je omezen nastavením druhého pojistného ventilu 111.

Spalovací motor E, motorového okruhu M, přenáší prostřednictvím hřídele H otáčky a kroutící moment do trivývodové převodovky P. Z převodovky P vycházejí tři vývody - propojovací hřídele (17, 29 a 31), přičemž každá z těchto propojovacích hřídelí má různé otáčky, odpovídající potřebě agregátu, k němuž je připojena. Propojovací hřídel 17, je přes vypínatelnou spojku 18, spojena s kompresorem Kl mrazícího okruhu Fl.

Kompresor Kl stlačuje chladivo a vytlačuje je do výstupního potrubí 23 přes deskový výměník D5 do vzduchového kondenzátoru V2, který slouží pro kondenzaci chladivá v případě, kdy není možno kondenzačního tepla využít a kdy je nutno zajistit režim chlazení. Po průchodu chladivá média vzduchovým kondenzátorem V2 chladivo, vedené ve výstupním potrubí 23, prochází zásobníkem kapalného chladivá 24 a dále přes odlučovač zbytkové vlhkosti 25 vstupuje do výparníku 28, z něhož se přívodem 27 vrací do sání kompresoru Kl. Teplo, které chladivo v deskovém výměníku D5 odevzdá do nízkoteplotního obvodu C je, prostřednictvím teplonosné kapaliny, která je teplou topnou větví 39 nízkoteplotního obvodu C vedena do topného tělesa 41 a potom, vratnou studenou větví 40 přes počítačem ovládaný čtvrtý trojcestný servoventil 82 a čerpadlo 92 do výměníku D5.

Propojovací hřídel 31. je přes vypínatelnou spojku 32, spojena s kompresorem K2 klimatizačního okruhu s tepelným čerpadlem F2. Z kompresoru K2 klimatizačního okruhu F2 jsou zkomprimované horké páry chladivá, procházející výstupním potrubím 33, vytlačovány přes čtyřcestný počítačem ovládaný servoventil 43 do vnitřního výměníku V4, kde zkondenzují. Kapalné chladivo proudí přes zpětné klapky 44 a vstřikovací ventil 45 do vnějšího výměníku V3, kde se vypaří a odebere teplo z okolního vzduchu. Dále chladivo proudí vratným potrubím 38 přes čtyřcestný počítačem řízený servoventil 43 do sání kompresoru, dle směru šipek ve schématu. Bivalentní zdroj 50, na výstupním potrubí 54, je napájen z generátoru G a slouží pro krytí potřeby tepla v režimu defrost (odlednění). Aktivací bivalentního zdroje 50, se změní proudění za čtyřcestným počítačem řízeným servoventilem 43, a teplo se odebírá z topného systému přes vstřikovací ventil 46 a vnitřní výměník V4. Ve vnějším výměníku V3 nastává kondenzace, která umožní odtátí vnějšího výměníku V3. Směry proudění chladivá v potrubí 38 a 33 zůstávání nezměněny. Kon-4CZ 30732 U1 denzační teplo předané ve vnitřním výměníku V4 topné vodě je odvedeno do neznázorněného otopného systému potrubím 54 a potrubím 53, po průchodu neznázoměným otopným systémem vráceno do vnitřního výměníku V4.

Průmyslová využitelnost s Zařízení pro komplexní zásobování budov energií z mobilního zdroje plně ovládané počítačem najde uplatnění pro chlazení, klimatizování a vytápění vnitřních skladovacích i ostatních průmyslových prostor.

Claims (7)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Kompaktní multifunkční mobilní energetický systém, vyznačující se tím, že ío sestává z motorového okruhu (M) se spalovacím motorem (E) k němuž jsou, přes třívývodovou převodovku (P) připojeny dva chladící okruhy - mrazící okruh (Fl) a klimatizační okruh s tepelným čerpadlem (F2) a generátor elektrického proudu (G), přičemž ke spalovacímu motoru (E) je přiřazen primární chladící obvod motoru (1) propojený, přes deskový výměník (Dl), se sekundárním chladícím obvodem motoru (2), který je propojen přes deskový výměník (D2) s výstupem

   15 teplé topné vody (3) a se vstupem ochlazené topné vody (4), přičemž sekundární chladící obvod (2) prochází přes spalinový výměník (D3), jímž prochází i výfukové potrubí (5) spalovacího motoru (E), přičemž spalovací motor (E) je prostřednictvím hřídele (H) propojen s třívývodovou převodovkou (P) opatřenou na výstupu nejméně třemi propojovacími hřídelemi (17, 29 a 31), přičemž propojovací hřídel (17) je přes vypínatelnou spojku (18) propojena s kompresorem (Kl)

   20 mrazícího okruhu (Fl) a propojovací hřídel (29) je přes vypínatelnou spojku (30) propojena s generátorem elektrického proudu (G) a propojovací hřídel (31) je přes vypínatelnou spojku (32) propojena s kompresorem (K2) klimatizačního okruhu s tepelným čerpadlem (F2).
2. 2. Zařízení podle nároků 1, vyznačující se tím, že ke kompresoru (Kl), mrazícího okruhu (Fl), je připojeno výstupní potrubí (23) stlačeného chladivá, které je přes odlučovač oleje

   25 (20) a skrze deskový výměník (D5) propojeno se vzduchovým kondenzátorem (V2)a dále přes zásobník kapalného chladivá (24) a přes odlučovač zbytkové vlhkosti (25) s výpamíkem (28), který je přes přívod odpařeného chladivá (27) spojen se sáním kompresoru (Kl).
3. 3. Zařízení podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že z odlučovače oleje (20) je vyvedeno chladící potrubí kompresoru (19) se vsazeným deskovým výměníkem chlazení (D4),

   30 který obsahuje výstup pro ohřátou topnou vodu (21) a vstup ochlazené vody (22).
4. 4. Zařízení podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že k deskovému výměníku (D5) je připojen nízkoteplotní topný obvod (C) s teplou topnou větví (39) a s vratnou studenou větví (40), které jsou připojeny k topnému tělesu (41) přičemž vratná studená větev (40) je opatřena čerpadlem (91) a počítačem ovládaným čtvrtým trojcestným servoventilem (82), který je

   35 prostřednictvím trubky (42) propojen s teplou topnou větví (39).
5. 5. Zařízení podle nároků 1, vyznačující se tím, že ke kompresoru (K2) klimatizačního okruhu s tepelným čerpadlem (F2) je připojeno výstupní potrubí (33) stlačeného chladivá, které je přes odlučovač oleje (51) a skrze čtyřcestný počítačem řízený servoventil (43) a přes vnitřní výměník (V4) a přes dvojcestný počítačem řízené servoventil (45) a přes trojcestný

   40 počítačem řízený servoventil (46) napojeno na vnější výměník (V3) ze kterého vyúsťuje vratné potrubí (38), pro odpařené chladivo, napojené na sání kompresoru (K2).
6. 6. Zařízení podle nároků 1 a 5, vyznačující se tím, že z odlučovače oleje (51) je vyvedeno chladící potrubí kompresoru (34) se vsazeným deskovým výměníkem chlazení (D7), který obsahuje přívod chladné topné vody (35) a vývod ohřáté topné vody (36).

   -5CZ 30732 U1
7. 7. Zařízení podle nároku 1,5a 6, vyznačující se tím, že na kondenzační výměník (V4) je prostřednictvím vstupního potrubí (53) a výstupního potrubí (54) napojen neznázoměný tepelný obvod, přičemž výstupní potrubí (54) je opatřeno bivalentním zdrojem (50), který je napojen na generátor elektrického proudu (G).