PL232135B1 - Agregat ciepła - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest agregat ciepła zasilany energią geotermiczną, odpadową lub energią z paliw kopalnych, z zastosowaniem pompy ciepła odzyskującej traconą energię w tym urządzeniu.

Znane jest z opisu patentowego US2011296849 urządzenie do wykorzystywania ciepła odpadowego do zasilania rekonfigurowalnego cyklu termodynamicznego, które może być użyte do selektywnego chłodzenia lub ogrzewania przestrzeni o kontrolowanych warunkach, takich jak pomieszczenia, budynku lub pojazdu. Niniejszy wynalazek jest także zintegrowany elektrycznym urządzeniem, które może działać jako silnik i generator, lub oba, a dodatkowe źródło napędu, takie jak silnik spalinowy. Różne kombinacje tych składników są wykorzystywane dla różnych zastosowań.

Znany jest także ze zgłoszenia wynalazku P.411045 silnik cieplny posiadający kocioł z trzema wymiennikami ciepła, sprężarkę, silniki cieplne i generator prądu, które są umieszczone w izolowanej, hermetycznej komorze o podwójnym płaszczu oraz wymiennik ciepła znajdujący się poza komorą, z którym jest połączona przestrzeń znajdująca się pomiędzy ścianami płaszcza komory. Wewnątrz wymiennika będącego poza komorą jest zbiornik, który jest połączony z wyjściem drugiego zbiornika ciśnieniowego.

Agregat ciepła posiadający kocioł ogrzewany paliwem stałym, ciekłym lub gazowym, wymienniki ciepła, sprężarkę, silnik cieplny sprężarki, silnik cieplny generatora i generator prądu, przy czym kocioł, sprężarka z silnikiem cieplnym sprężarki i generator prądu z silnikiem cieplnym generatora są umieszczone w co najmniej jednej, izolowanej, hermetycznej komorze o podwójnym płaszczu, przy czym przestrzeń pomiędzy ścianami płaszcza komory jest połączona rurociągiem z czwartym wymiennikiem umieszczonym poza komorą, natomiast wyjścia ze wspomnianej przestrzeni, zlokalizowane korzystnie po przeciwnych stronach wejścia z czwartego wymiennika, są połączone z wnętrzem komory, a ponadto wewnątrz kotła są trzy wymienniki, a wejście sprężarki jest połączone z przestrzenią wewnętrzną komory, natomiast wyjście z tej sprężarki jest połączone z drugim wymiennikiem, który jest wewnątrz kotła, zaś wyjście gorącego czynnika roboczego z kotła jest połączone rurociągiem z silnikiem cieplnym sprężarki i silnikiem cieplnym generatora prądu, poza tym wyjście czynnika roboczego z silnika cieplnego sprężarki jest połączone rurociągiem z pierwszym wymiennikiem, a wyjście silnika cieplnego generatora prądu jest połączone także z pierwszym wymiennikiem umieszczonym wewnątrz kotła, natomiast wyjścia z pierwszego wymiennika i drugiego wymiennika są połączone z pierwszym zbiornikiem umieszczonym wewnątrz czwartego wymiennika, który to pierwszy zbiornik jest połączony przewodem z wyjściem drugiego zbiornika ciśnieniowego zawierającego skroplony czynnik roboczy oraz wyjście drugiego zbiornika jest połączone przewodem do wejścia kotła charakteryzuje się tym, że przestrzeń pomiędzy ścianami płaszcza komory jest połączona rurociągiem z piątym wymiennikiem umieszczonym poza komorą. Wyjście z drugiego zbiornika jest połączone z wejściem do piątego wymiennika.

Korzystnie w kotle jest szósty wymiennik zasilany energią odpadową lub geotermiczną.

Układ charakteryzuje się wysoką sprawnością dzięki odzyskiwaniu strat ciepła. Silniki cieplne charakteryzują się cichą pracą oraz nie wytwarzają spalin.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładowym wykonaniu na rysunku przedstawiającym schemat blokowy agregatu ciepła.

Wewnątrz hermetycznej komory izolacyjnej 8 posiadającej podwójny szczelny płaszcz jest zainstalowany kocioł 3, sprężarka 4, silnik cieplny 7 sprężarki 4, generator prądu elektrycznego 20 i silnik cieplny 19 generatora prądu 20. Silnik cieplny 7 sprężarki 4 i silnik 19 generatora prądu są połączone przewodami z kotłem 3, wewnątrz którego są wymienniki ciepła 10, 11, 12 i 22. Wejście trzeciego wymiennika ciepła 12 jest połączone z palnikiem 13 czynnika opałowego, którego wyjście jest na zewnątrz komory 8. Wyjście silnika cieplnego 7 sprężarki 4 oraz wyjście z silnika 19 generatora prądu 20 jest połączone z pierwszym wymiennikiem 10, zaś wyjście ze sprężarki 4 jest połączone z drugim wymiennikiem 12. Połączone wyjścia pierwszego wymiennika 10 i drugiego wymiennika 11 są połączone przewodem z wejściem do pierwszego zbiornika ciśnieniowego 9 czynnika roboczego, jakim jest CO2, umieszczonego wewnątrz czwartego skraplającego wymiennika 5. Wyjście 16 z czwartego skraplającego wymiennika 5 i wyjście z piątego wymiennika 21 są połączone rurociągiem z wejściem do przestrzeni pomiędzy ścianami podwójnego płaszcza komory 8, zaś wyjścia 14 z tej przestrzeni, znajdujące się po przeciwnych stronach od wejścia, są połączone z wnętrzem komory 8. Drugie wejście 17 do czwartego wymiennika 5 jest połączone przewodem z wyjściem drugiego zbiornika 2 czynnika roboczego, a także wyjście z drugiego zbiornika 2 jest połączone przewodem z wejściem 18 do wnętrza

PL 232 135 B1 kotła 3 i z wejściem wymiennika piątego 21. Szósty wymiennik 22, znajdujący się w kotle 3 jest zasilany energią odpadową dostarczaną z zewnątrz lub energią geotermiczną.

Wyjście z pierwszego zbiornika 9, znajdujące się na poziomie lustra ciekłego, jest połączone przewodem zaopatrzonym w pompę 6 z wejściem do drugiego zbiornika 2.

Obieg ciepła i czynnika roboczego jest następujący.

Kocioł 3 jest ogrzewany spalinami przepływającymi przez trzeci wymiennik 12 i energią odpadową albo geotermiczną doprowadzaną z głębokich odwiertów doprowadzoną do szóstego wymiennika 22. Kocioł jest również ogrzewany gorącym dwutlenkiem węgla o temperaturze ok. 350°C sprężonym do ok. 12 barów w sprężarce 4 i przepływającym przez drugi wymiennik 11, oraz dwutlenkiem węgla z wydechu silników 7 sprężarki 4 i silnika 19 generatora prądu 20, przepływającym przez pierwszy wymiennik 10 o temperaturze ok. 150-220°C i ciśnieniu ok. 12 barów. Ciekły dwutlenek węgla z drugiego zbiornika 2 jest kierowany do dyszy 17 w czwartym wymienniku 5 i do piątego wymiennika 21, po rozprężaniu od ciśnienia ok. 55-60 barów do ok. 0,5 bara ulega zamarzaniu w temperaturze około -80°C w postaci gęstej mgły i sublimuje oraz ogrzewa się do kilku stopni powyżej 0°C, odbierając w czwartym wymienniku 5 ciepło schładzania i skraplania czynnika roboczego, a w piątym wymienniku 21 ciepło z dolnego źródła. Przemiana sublimacji dwutlenku węgla odbywa się teoretycznie w stałej temperaturze -78,5°C, ale ze względu na występujące opóźnienie przemiany praktycznie przebiega w temperaturze ok. -80°C stabilizując temperaturę. Z czwartego wymiennika skraplającego 5 i z piątego wymiennika 21 czynnik ten przepływa do hermetycznej przestrzeni komory 8, pomiędzy podwójnymi jej ściankami, dzięki temu temperatura powierzchni pojemnika jest niższa od temperatury otoczenia i wlotami 14 wpływa do wnętrza komory 8. Odbiera tam ciepło tracone w znajdujących się w niej: kotle 3, silniku 7, sprężarce 4, generatorze prądu 20 i silniku 19, a następnie jest zasysany przez sprężarkę 4. Po sprężeniu gorący czynnik oddaje w kotle 3 odzyskaną energię cieplną poprzez drugi wymiennik 11.

Przeciwbieżnie do czynników ogrzewających kocioł 3 przepływających w wymiennikach 10, 11, 12 i 22 przepływa czynnik - CO2 z drugiego zbiornika ciśnieniowego 2 wprowadzany do kotła 3 dyszą 18, w stanie ciekłym przy ciśnieniu ok. 55-60 barów i opływa znajdujące się w kotle 3 wymienniki 10, 11, 12 i 22. Początkowo obniża on swoją temperaturę w wyniku częściowego rozprężania oraz parowania i ogrzewa się w kotle od temperatury ok. 0°C do ok. 300°C i przy ciśnieniu ok. 50 barów jest kierowany do zasilania silnika 7 sprężarki 19 i silnika 19 generatora prądu elektrycznego 20.

Dwutlenek węgla sprężony w sprężarce 4 oraz z wydechu silników 7 i 19 po oddaniu dużej części ciepła w kotle 3 przepływa do czwartego wymiennika skraplającego 5, gdzie przy ciśnieniu ok. 10 barów i temperaturze -40°C jest wprowadzany do ciekłego dwutlenku węgla znajdującego się w pierwszym zbiorniku ciśnieniowym 9 czwartego wymiennika skraplającego 5 i ulega skropleniu. Z pierwszego zbiornika 9 ciekły dwutlenek węgla jest pompowany pompą 6 do drugiego zbiornika ciśnieniowego 2, podnosząc swoje ciśnienie do 55-60 barów i temperaturę do ok. 18-20°C. Stabilizowanie temperatur i ciśnień w poszczególnych miejscach zespołu zbiorników 2 i 9 i pompy 6 jest uzyskiwane ilością czynnika, który ulega przemianie oraz przez dobór izolacji termicznej urządzeń. Zespoły te są zrównoważone termicznie z niewielką tendencją do pobierania energii z otoczenia. Pompa 6 jest zasilana z generatora prądu 20 i chłodzona przepływającym zimnym czynnikiem.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Agregat ciepła posiadający kocioł ogrzewany paliwem stałym, ciekłym lub gazowym, wymienniki ciepła, sprężarkę, silnik cieplny sprężarki, silnik cieplny generatora i generator prądu, przy czym kocioł, sprężarka z silnikiem cieplnym sprężarki i generator prądu z silnikiem cieplnym generatora są umieszczone w co najmniej jednej, izolowanej, hermetycznej komorze o podwójnym płaszczu, przy czym przestrzeń pomiędzy ścianami płaszcza komory jest połączona rurociągiem z czwartym wymiennikiem umieszczonym poza komorą, natomiast wyjścia ze wspomnianej przestrzeni, zlokalizowane korzystnie po przeciwnych stronach wejścia z czwartego wymiennika, są połączone z wnętrzem komory, a ponadto wewnątrz kotła są trzy wymienniki, a wejście sprężarki jest połączone z przestrzenią wewnętrzną komory, natomiast wyjście z tej sprężarki jest połączone z drugim wymiennikiem, który jest wewnątrz kotła, zaś wyjście gorącego czynnika roboczego z kotła jest połączone z silnikiem cieplnym sprężarki i silnikiem cieplnym generatora prądu, poza tym wyjścia czynnika roboczego z silnika cieplnego sprężarki i silnika cieplnego generatora prądu są połączone rurociągami z pierwszym

PL232 135 Β1 wymiennikiem umieszczonym wewnątrz kotła, natomiast wyjścia z pierwszego wymiennika i drugiego wymiennika są połączone z pierwszym zbiornikiem umieszczonym wewnątrz czwartego wymiennika, który to pierwszy zbiornik jest połączony przewodem z wyjściem drugiego zbiornika ciśnieniowego, zawierającego skroplony czynnik roboczy oraz wyjście drugiego zbiornika jest połączone przewodem do wejścia kotła, znamienny tym, że przestrzeń pomiędzy ścianami płaszcza komory (8) jest połączona rurociągiem z piątym wymiennikiem (21) umieszczonym poza komorą (8), a ponadto wyjście z drugiego zbiornika (2) jest połączone z wejściem do piątego wymiennika (21).

2. Agregat ciepła według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że w kotle (3) jest szósty wymiennik (22) zasilany energią odpadową lub geotermiczną.