Способ и устройство для непрерывного электро- и теплоснабжения загородных жилых домов
Владельцы патента RU 2558399:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет (RU)
Изобретение относится к автономным системам электро- и теплоснабжения загородных жилых домов. Теплоснабжение загородных жилых домов производится от теплового аккумулятора, зарядку которого производят вихревым теплогенератором с питанием насоса от накопителей электроэнергии (аккумуляторов). От аккумуляторов также производится электроснабжение другого электропотребляющего оборудования жилых домов и помещений. Зарядка аккумуляторов производится от централизованной электрической сети только в ночной период при пониженных тарифах на электроэнергию. При кратковременном превышении электрооборудованием жилого здания номинала, установленного ограничителем мощности, электроснабжение его электропотребляющего оборудования (кроме насоса вихревого теплогенератора) будет производиться как от аккумуляторов, так и дополнительно от централизованной электрической сети. Технический результат - повышение эффективности использования электроэнергии. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к автономным системам тепло- и электро- и теплоснабжения загородных жилых домов.
Известны системы электроснабжения загородных жилых домов от централизованных электрических сетей, с их централизованным теплоснабжением от теплоэлектроцентралей. Но в большинстве случаев загородные дома не подключены к централизованным системам теплоснабжения.
Известна также система энергоснабжения загородных жилых с централизованным электроснабжением от электрических сетей и автономной системой теплоснабжения, содержащая вихревой гидравлический теплогенератор и теплообменные аппараты систем отопления. Положительным качеством автономной системы теплоснабжения является независимость от централизованных систем теплоснабжения. Питание вихревого теплогенератора производится электроэнергией из электрической сети. Недостатком этой системы энергоснабжения является недостаточная надежность питания электроэнергией потребителей в загородной местности (Тернопольский А.В. Энергосбережение при использовании теплотехнического оборудования на основе вихревых гидравлических теплогенераторов. Промышленная теплоэнергетика. 2008 г., с. 27-29).
Известны способ и устройство, предусматривающие круглосуточное бесперебойное электроснабжение жилых помещений от системы бесперебойного электропитания от накопителей электроэнергии, например от электрохимических аккумуляторов, периодически заряжаемых от централизованных электрических сетей. Их применение предназначено также для сглаживания суточных пиков электрических нагрузок электроэнергии, поступающей из сетей.
Устройство бесперебойного электропитания жилых домов содержит автомат защиты, блок бесперебойного питания, состоящий из понижающего трансформатора, выпрямителя, контроллера входного тока, формирователя сигнала широтно-импульсной модуляции, ограничителя пропускаемой мощности, накопителя электроэнергии (аккумулятора), контроллера степени разрядки накопителя и инвертора. Электроэнергия из электрической сети, прошедшая через ограничитель мощности, поступает в зарядное устройство заданной мощности, выпрямляется и аккумулируется в накопителе электроэнергии. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный и обеспечивает электрическую нагрузку жилого помещения в любое время суток. Для обеспечения работы наиболее мощной электрической нагрузки жилого дома при минимально необходимом промежутке времени, устанавливаются величины нагрузки ограничителя мощности, инвертора и емкости аккумулятора. Величина нагрузки, установленная ограничителем мощности, должна обеспечивать среднесрочное потребление электроэнергии в жилом доме. Аккумулятор заряжается электроэнергией от централизованной сети до полного заряда, преимущественно в ночное время суток, при малой величине мощности потребляемой в жилом помещении в этот период. В остальное время, когда потребляемая нагрузка превышает предельную мощность ограничителя мощности (но меньше предельной мощности инвертора), недостаток потребляемой мощности восполняется из аккумулятора.
Способ и устройство круглосуточного бесперебойного электроснабжения жилых помещений (Гусаров В.А., Заддэ В.В. Сглаживающая нагрузку система бесперебойного электропитания. / Энергоэффективность и энергосбережение в республике Татарстан. Труды VIII Международного симпозиума «Энергоэффективность и энергосбережение», Часть II, с. 397-403, Казань, 2007) приняты за прототип изобретения. Они позволяют повысить надежность жилых помещений. Недостатком прототипа является то, что он используется только для бесперебойного электроснабжения жилых домов, но не предусматривает их теплоснабжения.
Задачей заявляемого изобретения является использование электроэнергии, потребляемой из централизованной электрической сети в ночной период для зарядки аккумулятора, выработки тепловой энергии, теплоснабжения загородных жилых домов и аккумулирования тепловой энергии в тепловом аккумуляторе.
Техническим результатом предлагаемого способа изобретения является использование электроэнергии из централизованной электрической сети в ночной период суток для зарядки электрического аккумулятора, для питания электроприборов помещения, а также для выработки тепловой энергии с помощью вихревого гидравлического теплогенератора, ее аккумулирования в тепловом аккумуляторе и для теплоснабжения отопительных приборов загородного жилого здания. В дневной период электроэнергию из аккумулятора используют для электроснабжения электроприборов загородного дома и для привода циркуляционного насоса, производящего циркуляцию воды через тепло для теплоснабжения отопительных приборов.
Способ непрерывного электро- и теплоснабжения загородного жилого дома, снабженного устройством бесперебойного электропитания и питаемого электроэнергией из централизованной сети, согласно которому его дополнительно снабжают системой теплоснабжения с отопительными приборами, вихревым гидравлическим теплогенератором с электродвигателем, тепловым аккумулятором, циркуляционным насосом с электродвигателем, причем электрическую энергию из централизованной электрической сети потребляют в ночной период суток и используют для зарядки электрического аккумулятора, питания электрической аппаратуры дома, питания насоса вихревого гидравлического теплогенератора и для зарядки теплового аккумулятора, а также теплоснабжения отопительных приборов дома, а в дневной период суток постоянный ток из аккумулятора преобразуют в переменный и используют для питания аппаратуры дома, для теплоснабжения отопительных приборов тепловой энергией из теплового аккумулятора.
Схема непрерывного электро- и теплоснабжения загородного жилого дома, изображенная на фиг. 1, включает электросчетчик с входным выключателем 1, устройство бесперебойного электропитания 2 с накопителем электроэнергии (аккумулятором) и инвертором, линию электроснабжения 3 жилого дома, вихревой гидравлический теплогенератор 7 с электродвигателем, циркуляционный насос с электродвигателем 11, электрический выключатель 4, на электролинии питания насоса вихревого гидравлического теплогенератора 7, выключатель 5, установленный на электролинии питания электродвигателя циркуляционного насоса 11, электроприборы 6, запорные задвижки 8, трубопровод охлажденной воды 9, отключающие задвижки 10, трубопровод рециркуляции нагреваемой воды 12, тепловой аккумулятор 13, задвижку 14, регулятор расхода воды 15, отопительные приборы 16.
На фиг. 2 показана система электро- и теплоснабжения загородного жилого дома при ее работе в ночной период суток.
На фиг. 3 показана система электро- и теплоснабжения загородного жилого дома в дневной период суток.
Пунктирными линиями показано гидравлическое оборудование и трубопроводы, не работающие в данный суточный период. Здесь жирные штрихпунктирные линии соответствуют электрическим линиям, работающим в ночной период суток, а не жирные штрихпунктирные линии соответствуют линиям электропитания, работающим в дневной период.
Предлагаемый способ работы непрерывного электро- и теплоснабжения загородного жилого дома осуществляют следующим образом.
В ночной период суток, электроэнергию из централизованной электрической сети подают через входной выключатель 1 в устройство бесперебойного электропитания 2, где ее трансформируют, выпрямляют и используют для зарядки накопителя электроэнергии (аккумулятора), а также эту электроэнергию направляют в линию электроснабжения 3 жилого дома и на его электроприборы 6, при этом через включенный электрический выключатель 4 производят питание электродвигателя насоса вихревого гидравлического теплогенератора 7. Отключающие задвижки 10 открывают и нагревают воду в вихревом гидравлическом теплогенераторе 7. Теплоту нагретой воды передают через теплообменную поверхность теплового аккумулятора 13 теплоаккумулирующему веществу, например легкоплавкой соли - Ва(ОН)28Н2О, и производят его зарядку. Большую часть подогретой воды после теплового аккумулятора 13 рециркулируют по трубопроводу циркуляции нагреваемой воды 12 через открытую задвижку 14 и подают на вход насоса вихревого гидравлического теплогенератора 7. Ее меньшую часть направляют через регулятор расхода 15 в отопительные приборы 16 и далее по трубопроводу охлажденной воды 9 эту воду подают на вход насоса вихревого гидравлического теплогенератора 7.
В дневной период входным выключателем 1 отключают питание загородного жилого дома от централизованной электрической сети и обеспечивают его энергоснабжение от аккумулятора блока бесперебойного питания 2. С помощью входящего в него инвертора постоянный ток аккумулятора преобразуют в переменный и направляют его в линию электроснабжения 3, при этом электродвигатель насоса вихревого гидравлического теплогенератора 7 отключают от линии электроснабжения 3 электрическим выключателем 4. Отключающие задвижки 10 и задвижку 14 перекрывают, а запорные задвижки 8 открывают. Электрическим выключателем 5 подключают циркуляционный насос 11 к линии электроснабжения 3. Воду, подаваемую циркуляционным насосом 11, нагревают в теплообменной поверхности теплового аккумулятора 13 и направляют через регулятор расхода 15 в отопительные приборы 16, нагревая воздух в помещениях дома. По трубопроводу охлажденной воды 9 эту воду подают на вход циркуляционного насоса 11. Электроприборы 6 питают электроэнергией из линии электроснабжения 3.
1. Способ непрерывного электро- и теплоснабжения загородного жилого дома, снабженного устройством бесперебойного электропитания и питаемого электроэнергией из централизованной сети, согласно которому его дополнительно снабжают системой теплоснабжения с отопительными приборами, вихревым гидравлическим теплогенератором с электродвигателем, тепловым аккумулятором, циркуляционным насосом с электродвигателем, отличающийся тем, что электрическую энергию из централизованной электрической сети потребляют в ночной период суток и используют для зарядки электрического аккумулятора, питания электрической аппаратуры дома, питания насоса вихревого гидравлического теплогенератора и для зарядки теплового аккумулятора, а также теплоснабжения отопительных приборов дома, а в дневной период суток постоянный ток из аккумулятора преобразуют в переменный и используют для питания аппаратуры дома, для теплоснабжения отопительных приборов тепловой энергией из теплового аккумулятора.
2. Устройство для осуществления способа непрерывного электро- и теплоснабжения загородного жилого дома по п. 1, содержащее входной выключатель, устройство бесперебойного электропитания, включающее выпрямитель, накопитель электроэнергии (аккумулятор) и инвертор, внутреннюю линию электроснабжения и электроприборы жилого дома, отличающееся тем, что загородный жилой дом дополнительно снабжают системой теплоснабжения с трубопроводами, запорными задвижками, регулятором расхода, циркуляционным насосом с электродвигателем, вихревым гидравлическим теплогенератором с насосом и электродвигателем, тепловым аккумулятором, теплообменной поверхностью, отопительными приборами; внутренняя линия электроснабжения через электрические выключатели соединена с электродвигателями насоса вихревого гидравлического теплогенератора и циркуляционного насоса; трубопроводы соединяют выход вихревого гидравлического теплогенератора с входом теплообменной поверхности теплового аккумулятора, выход которой связан одним трубопроводом через регулятор расхода, отопительные приборы и запорные задвижки с входом насоса вихревого гидравлического теплогенератора, а другим трубопроводом через отключающую задвижку и запорную задвижку с входом насоса вихревого гидравлического теплогенератора; кроме того отопительные приборы связаны трубопроводами через задвижки и циркуляционный насос с входом теплообменной поверхности теплового аккумулятора.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в ночной период суток централизованную электрическую сеть через электросчетчик и включенный входной электрический выключатель соединяют с электроприборами дома и с электродвигателем насоса вихревого гидравлического теплогенератора, а также к входу устройства бесперебойного электропитания, в котором переменный ток поступает в зарядное устройство, выпрямляется и аккумулируется в накопителе электроэнергии; при этом выход вихревого гидравлического теплогенератора соединяют по воде одним трубопроводом через теплообменную поверхность теплового аккумулятора, регулятор расхода, отопительные приборы и открытые запорные задвижки с его входом, а другим трубопроводом его соединяют через открытые отключающую задвижку и запорную задвижку с входом насоса вихревого гидравлического теплогенератора, выход которого соединяют по воде с входом теплообменной поверхности теплового аккумулятора.
4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в дневной период суток входной электрический выключатель отключен, выход устройства бесперебойного электропитания соединен линией электроснабжения с электроприборами дома и через включенный электрический выключатель с электродвигателем циркуляционного насоса; при этом выход циркуляционного насоса связан по воде трубопроводами через открытые задвижки, теплообменную поверхность теплового аккумулятора, регулятор расхода и отопительные приборы с входом циркуляционного насоса.
