Система принудительной подачи и нагрева воздуха

 

Изобретение предназначено для выработки эл.энергии и получения тепловой энергии за счет утилизации теплоты. Цель изобретения - повышение КПД системы. Вентилятор принудительного нагнетения нагреваемого воздуха на обдув двигателя связан с эл.генератором и двигателем механически. В потоке нагреваемого воздуха расположен термостат, связанный с органом управления. По ходу потока воздуха перел двигателем и генератором установлен охладитель отработавших газов, выполненный с нисходящим потоком газов и с возможностью их охлаждения до т-ры конденсации содержащихся в них водяных паров. КПД системы повышается за счет использования теплоты конденсации для подогрева воздуха. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А3 (19) (11) (51)5 Е 02 (5/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4028161/25-06 (86) РСТ/US 85/02566 (.30. 12. 85) (22) 29.08,86 (31) 687813 (32) 31.12.84 (33) US (46) 30.06.90. Бюл. 3Р 24 (71) Фрэнк Э.Викс (US) (72) Фрэнк Э. Викс (US) (53) 621.43.068.9(088.8) (56) Патент С1 1А 1э 4262209, кл. 290-7, опублик. 1981, (54) СИСТЕИА ПРИНУДИТЕЛЬЙОЙ (IOJPMH

И НАГРЕВА ВОЗДУХА (57) Изобретение предназначено для выработки эл. энергии и получения тепловой энергии за счет утилизации

Изобретение относится к устройствам для выработки электрической энергии и получения тепловой энергии за счет утилизации теплоты в конденсационном теплообменнике.

Целью изобретения является повышение КП,"(системы принудительной подачи и нагрева воздуха.

На чертеже представлена принципиальная схема системы.

Система размещена в замкнутом объеме (модуле) 1. 1ля впуска холодного воздуха в модуле выполнен канал 2, а для подачи нагретого воздуха потребителю — канал 3. В этих ка- налах расположены фильтр 4 для холодного воздуха и фильтр 5 для нагрегого воздуха. Путь воздуха показан стрелками 6 с буквенными индексами:

2 теплоты. Цель изобретения — повышение КПл, системы, Вентилятор принуди.тельного нагнетания нагреваемого воздуха на обдув двигателя связан с эл. генератором и двигателем механически.

В потоке нагреваемого воздуха расположен термостат, связанный с органом управления. По ходу потока воздуха перед двигателем и генератором установлен охладитель отработавших газов, выполненный с нисходящим потоком газов и с возможностью их охлаждения до т-ры конденсации содержащихся в них водяных паров. КПД системы повышается за счет использования теплоты конденсации утля подогрева воздуха.

1 ил. направление воздуха на входе — ба, траектория движения воздуха внутри модуля 61> бс и 64 и направление на выходе — 6Е. Кроме впуска подогреваемо- го воздуха, предусмотрен впуск воздуха для питания двигателя внутреннего сгорания. Во впускном патрубке 7 магистрали впуска этого воздуха установлен воздушный фильтр 8, из которого воздух попадает в камеру 9 для образования топливовоздушной смеси.

Топливо в эту камеру попадает по топливопроводу 10, снабженному соленоидным топливным клапаном 11. Топливовоэ- (Pl душная смесь подается в двигатель 12 внутреинего сгорания, а отработавшие газы последнего поступают в охладитель отработавших газов по выхлопной. магистрали 13. Путь отработавших газов

1575948 бозначен стрелками 14 с буквенными ндексами 14а, 14b, 14с, 14d „. а найранление после выпуска — 14Г.

С двигателем связан электрическйй генератор 15, выполненный в виде асинхронной машины. Для подключения генератора к потребителям электроэнер ."ии предусмотрены электрическая цепь 16, контакты 17 и 18 и контактор 19.

Вентилятор 20 принудительного нат нетания нагреваемого воздуха меха 1ически связан с двигателем 12 внутреннего сгорания. 15

В выхлопной магистрали 13 двигателя последовательно установлены глуп1итель шума ньп<лопа и охладитель отработавших газов. Последний разбит на дне ступени: неконденсационный 2п теплообменник 21 и конденсационный охладитель 22, который выполнен с нисходящим потоком газон (см.стрелку 14d) и с возможностью охлаждения газов до температуры конденсации содержащихся н них водяных паров.

Вентилятор 20 обеспечивает нагнетание воздуха по стрелкам 6 на обдув двигателя, электрического генератора, охладителя отработавших газов и

- подачу нагретого воздуха потребителю. Охладитель 22 отработавших газон установлен по ходу потока воздуха перед двигателем и генератором.

Смесь несконденсированных отработавших газов с конденсатом поступа- ет в сепаратор 23, отражатели которого используются как для отделения конденсата, так и в качестве дополнительного глушителя шума выхлопа.Несконденсированные газы выпускаются через какал 24, а конденсат стекает через слив 25.

В потоке, нагреваемого воздуха в отапливаемом помещении установлен термостат 26, связанный с органом 27 ..управления.

С этим органом дополнительно связан датчик 28 электрической мощности и датчик 29 состава воздуха в помещении, который контролирует концентрацию отработавших газов. Орган управления выполнен с кнопкой 30 возврата.

Для снижения проникновения шума в. отапливаемое помещение предусмотрены глушитель 31 шума холодного воздуха и глушитель,32 шума подаваемого нагретого воздуха.

Система работает следующим образом.

Холодный воздух всасывается по стрелке ба, внутрь модуля 1 вентилятором 20 через канал 2, проходит фильтр 4, глушитель 31 и поступает на обдув конденсационного охладителя 22.

Охладив газы, подогретый их теплом воздух поступает по стрелкам áh на обдув генератора 15, охлаждает его, подогреваясь, и затем по стрелкам бс и бй поступает на обдув двигателя 12, глушителя и неконденсационного теплообменника 21, последовательно охлаждая эти элементы и нагреваясь. Нагреться воздух через глушитель 32 и фильтр 5 по каналу 3 подается н отапливаемое помещение.

Относительное движение воздуха и отработавших газов организовано так, что после выпуска из двигателя газы вначале охлаждаются воздухом, который уже нагрет теплом генератора и двигателя. Нагрев воздуха теплом газов, выпускаемых из двигателя, позволяет максимально повысить его температуру перед подачей в обогреваемое помещение. Частично охлажденные отработавшие газы поступают н конденсационный охладитель 22, который установлен по ходу потока воздуха перед двигателем и генератором. На его обдув поступает воздух с самой низкой температурой.

В результате этого отработавшие газы охлаждаются в нем до температуры конденсации и дополнительно отдают нагренаемому воздуху теплоту фазового превращения. Для органиэации движения сконденсированных и несконденсиронанных продуктов этот теплообменник выполнен с нисходящим потоком.

В потоке нагреваемого воздуха в помещении установлен термостат 26, свя-ь занный с органом управления. В зависимости от сигнала термостата орган правления перемещает переключатель в положение "Включено" или "Выключено", т.е. на включение или выключение вентилятора. При этом количество электроэнергии, поступающей в систему электроснабжения, зависит от того, включен или не включен двигатель для привода вентилятора. В самые холодные дни тепла на нагрев воздуха нужно больше и, следовательно„ увеличивается время работы двигателя, соответственно увеличивается количество энергии, вырабатываемой генерато5 157594 ром, и это соответствует пиковой зимней нагрузке системы электроснабжения.

Назначение органа управления состо" ит не только во включении и выключеружении отказа оборудования, т.е. если выходная мощность по. истечении нормапьного периода пуска ниже заданного нормального уровня, на который настроено управляющее устройство.

Факт понижения мощности используется в качестве сигнала отказа оборудования потому, что практически при любом электрическом и механическом отказе выходная мощность падает по сравнению с нормальной. Задержка на нормальный период пуска после выдачи сигнала "Включено" до выдачи сигнала

"Отключено" при понижении мощности ниже нормальной необходчма потому, что асинхронная машина в режиме стартера потребляет мощность, т.е. создает отрицательный поток мощности.

Конструкция органа угравления. реализующего функции "Включено", "Выключено", "Отключено11, требует ис. пользования двух быстродействующих реле и одного реле времени (или в другом варианте логика устройства управления может программироваться на твердотельной схеме). Одно из быстродействующих реле срабатывает в ответ на сигнал датчика отказа, а другое быстродействующее реле и реле времени срабатывают в ответ на сигнал датчика мощнОсти асинхронной машины. Орган управления запитывается от системы электроснабжения со стороны питания контактора, при отключении сетевого питания орган управления переключается в состояние

"Отключено".

Таким образом, выполнение органа управления обеспечивает высокую надежность системы.

Конденсационный охладитель отработавших газов должен обеспечивать отбор тепла от отработавших газов в низкотемпературном диапазоне и обладать стойкостью к коррозии, поскольку конденсат может содержать большое количество кислоты. Пригодными для его изготовления материалами являются нержавеющая сталь и сталь с те4лсновым покрытием. Необходимость нисходящего потока обусловлена тем, что конденсат должен сливатЬся в направлении потока. Для максимальной теплопередачи и отбора тепла необходимо направлять отработавшие газы противотоком подаваемому холодному воздуху. Газы от двигателя нагнета-. ются принудительно, что позволяет се кратить время воздействия конденсании системы в ответ на сигнал управления, поступающий от термостата, но также в отключении системы при обнару,жении опасных условий или отказа оборудования. Так, состояние устройст11 о ва можно определить как Включено" (рабочий режим), "Выключено" (способ- но работать, но не работает, поскольку тепло не требуется) и "Отключено" (нерабочий режим, обусловленный обнаружением опасных условий или отказа).

В нормальном режиме, система автоматически совершает цикл от "Включено" до "Выключено". Переключение иэ состояния "Отключено" в состояние "Выклю- 0 чено" или "Включено . возможно только нажатием на кнопку Возврат" после выяснения причин состояния нштключе" но".

После приема сигнала "Включено" от термостата орган управления, находящийся в состоянии Выключено", включает питание соленоидов топливного клапана и электрического контактора, открывая клапан и замыкая контакты между системой принудительной подачи и нагрева воздуха и системой электроснабжения. Поскольку генератор выполнен в виде электрической асинхронной машины, эта машина начинает работать в качестве стартера двигателя и при- 35 водит вал двигателя во вращение со скоростью несколько ниже синхронной скорости. Вращающийся двигатель получает топливо-воздушную смесь и начинает вырабатывать механическую 40 энергию, вращая асинхронную машину, которая переходит в режим асинхронного генератора со скоростью, несколько вьппе синхронной. Установленный на валу вентилятор прогоняет воздух помеще- 45 ния через систему воздушного охлаждения двигателя и генератора, глушителя, неконденсационного теплообменника и конденсационного охладителя отрабо,тавших газов. При поступлении в орган 50 управления от термостата сигнала "Выключено" орган управления отключает питание соленоидов, закрывая топливный клапан и размыкая электрические контакты. 55

Орган управления вырабатывает сиг-. нал "Отключено" при наличии опасных условий, например, если уровень газа превьппает заданный, а также при обна1 575940

Составитель N.Файн

)Р .едактоР Л.ВеселовскаЯ ТехРед Д,,Кравчук КоРРектоР Н.КоРоль

Заказ 1794

Тираж 436

Подписное

13НИИПИ Гос а сударственного комитета по изобретениям и открытиям лри ГКНТ СССР !

13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент" r Ужгор д . Г ., 10 жгород, ул. агарина, 101 та на материалы и локализовать конДенсат в определенных зонах. ОсновНой присутствующей в конденсате кислотой может быть соляная кислота,источником которой могут служить очистители бытового применения, вода и конструкционные материалы, Поэтому воздух, используемый в реакции горения, следует подавать из атмосферы не-10 посредственно. Использование наружного воздуха позволяет также снизить затраты тепла на обогрев помещения.

Охлаждение отработавших газов до

1емпературы конденсации содержащихся них водяных паров позволяет

Использовать теплоту конденсации для подогрева воздуха, что поВышает коэффициент полезного дей- g0 ствия системы.

Формул а и э об р е те ни я

Система принудительной подачи и. нагрева воздуха, содержащая вентилятор принудительного нагнетания - нагреваемого воздуха на обдув двигателя, связанный с ним электрический генератор .) охладитель отработавших газов двигателя и подачи нагретого воздуха потребителю и термостат, расположенный. в потоке нагреваемого воздуха и связанный с органом управления, причем вентилятор механически связан с двигателем, отличающаяся тем, что, с целью повышения КП, охладитель отработавших газов выполнен с нисходящим потоком газов и с возможностью их охлаждения до температуры конденсации содержащихся в них водяных паров и установлен ло ходу потока воздуха перед двигателем и генератором.