Система принудительной подачи и нагрева воздуха Советский патент 1990 года по МПК F02G5/04 

(Л

С

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.

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

Целью изобретения является повыше- ние КПД системы принудительной подачи и нагрева воздуха.

На чертеже представлена принципиальная схема системы.

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

направление воздуха на входе - 6а, траектория движения воздуха внутри модуля 6Ь, 6с и 6d и направление на выходе - 6f. Кроме впуска подогреваемого 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- душная смесь подается в двигатель 12 внутреннего сгорания, а отработавшие газы последнего поступают в охладитель отработавших газов по выхлопной, магистрали 13. Путь отработавших газов

сл

sj

сл

Ј Јь

ЭО

СМ

Обозначен стрелками 14 с буквенными

I4d

а на ндексами 14а, 14Ь, 14с., правление после выпуска - I4f.

С двигателем связан электрический генератор 15, выполненный в виде асинхронной машины. Для подключения генератора к потребителям электроэне ии предусмотрены электрическая дапь 16, контакты 17 и 18 и контактор 1У.

Вентилятор 20 принудительного на- г|нетания нагреваемого воздуха меха- ически связан с двигателем 12 внут- р еннего сгорания.

В выхлопной магистрали 13 двигателя последовательно устеновлены глу щитель шума выхлопа и охладитель отработавших газов. Последний разбит на две ступени; неконденсационный (Теплообменник 21 и конденсационный охладитель 22, который выполнен с нисходящим потоком газов (см„стрелку I4d) и с возможностью охлаждения газов до температуры конденсации содержащихся в них водяных паров.

Вентилятор 20 обеспечивает нагнетние воздуха по стрелкам 6 на обдув двигателя, электрического генератора, охладителя отработавших газов и подачу нагретого воздуха потребителю. Охладитель 22 отработавших газоз установлен по ходу потока воздуха Перед двигателем и генератооом.

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 канал 24, а конденсат стекает через слив 25.

В потоке,нагреваемого воздуха в отапливаемом помещении установлен те

мостат 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 нагртого воздуха.

0

0

5

0

5

5

0

5

Система работает следующим образом.

Холодный воздух всасывается по стрелке 6а, 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 6Ь на обдув генератора 15, охлаждает его, подогреваясь, и -затем по стрелкам 6с и 6d поступает на обдув двигателя 12, глушителя и неконденсационного теплообменника 21, последовательно охлаждая эти элементы и нагреваясь. Нагретый воздух через глушитель 32 и фильтр 5 nq каналу 3 подается в 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 отработав™ шие газы поступают в 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 нагреваемому воздуху теплоту фазового превращения. Для организации движения сконденсированных и несконденсированных продуктов этот теплообменник выполнен с нисходящим потоком.

«,

В потоке нагреваемого воздуха в помещении установлен термостат 26, свя-ь эанный с органом управления. В зависимости от сигнала термостата орган управления 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 s 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 генератором, и это соответствует пиковой зимней нагрузке системы электроснабжения.

Назначение органа управления состоит не только во включении и выключении системы в ответ на сигнал управления, поступающий от термостата, но также в отключении системы при обнаружении опасных условий или отказа оборудования. Так, состояние устройства можно определить как Включено (рабочий режим), Выключено (способно 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 из состояния Отключено в состояние Выключено или Включено возможно только нажатием на кнопку Возврат после выяснения причин состояния Отключе- но.

После приема сигнала Включено от термостата орган управления, находя- щийся 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 приводит вал двигателя во вращение со скоростью несколько ниже синхронной скорости. Вращающийся двигатель получает топливо-воздушную смесь и начинает вырабатывать механическую энергию, вращая асинхронную машину, которая переходит в режим асинхронного генератора со скоростью, несколько выше синхронной. Установленный на валу вентилятор прогоняет воздух помещения через систему воздушного охлаждения двигателя и генератора, глушителя, неконденсационного теплообменника и конденсационного охладителя отрабо- тавших газов. При поступлении в орган управления от термостата сигнала Выключено .орган управления отключает питание соленоидов, закрывая топлив-, ный клапан и размыкая электрические контакты.

Орган управления вырабатывает сиг-, нал Отключено при наличии опасных условий, например, если уровень газа превышает заданный, а также при обна0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ружении отказа оборудования, т.е. если выходная мощность по истечении нормального периода пуска ниже заданного нормального уровня, на который настроено управляющее устройство/ Факт понижения мощности используется в качестве сигнала отказа оборудования потому, что практически при лю- бпм 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 необходима потоку, что асинхронная машина в режиме стартера потребляет мощность, т.е. создает отрицательный поток мощности.

Конструкция органа управления, реализующего функции Включено, Выключено, Отключено, требует использования 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 запитывает- ся от системы электроснабжения со стороны питания контактора, при отключении сетевого питания 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 тефлоновым 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 с-о кратить время воздействия конденсаfa на материалы и локализовать конденсат в определенных зонах. Основной присутствующей в конденсате кис- лотой может быть соляная кислота,ис- Точником которой могут служить очистители бытового применения, вода и Конструкционные материалы. Поэтому воздух, используемый в реакции горения, следует подавать из атмосферы не посредственно. Использование наружного воздуха позволяет также снизить Затраты тепла на обогрев помещения.

Охлаждение отработавдмх газов до Температуры конденсации содержащихся 4 них водяных паров позволяет использовать теплоту конденсации для подогрева воздуха, что повышает коэффициент полезного дег- ствия системы.

Составитель М.Фачн Редактор Л.Веселовская Техред А.Кравчук Корректор Н.Король

Заказ 1794

Тираж 436

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-3 5, Раушская наб., д. 4/5

Формула изобретения

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, отличаю щаяс я тем, что, с целью повышения КГЩ, охладитель отработавших газов выполнен с нисходящим потоком газов и с возможностью их охлаждения до температуры конденсации содержащихся в них водяных паров и установлен по ходу потока воздуха перед двигателем и генератором. П-, r-is

Ба

Подписное