CN101243290B - 用于加热、发电和冷却封闭空间的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于加热、发电和冷却封闭空间的装置(1)，该装置连接至至少一个通过热辐射来作用的闭路管道(2)，且包括至少一个涡轮机或微型涡轮机(4)，该涡轮机或微型涡轮机是轴流型的、或正切型的、或并入闭路管道(2)的类型，该闭路管道借助于第一风机(12)设置成局部真空。用于发电的交流发电机(22)、用于将电能馈送至电网或用户装置的装置、以及用于产生冷却空气或制冷水的吸收器(25)连接至涡轮机或微型涡轮机(4)。

Description

用于加热、发电和冷却封闭空间的装置

技术领域

本发明涉及用于加热、发电和冷却封闭空间的装置，这些封闭空间诸如飞机库、剧院、电影院、高层仓库、商业、工业和手工业建筑，它们通常非常高且具有较大的表面。

背景技术

为此，已知包括由多个管道构成的闭合回路的系统，这些管道大致设置在封闭空间的屋顶或天花板处；暖空气在这些管道中循环。

借助适当设置的绝热反射屏，通过从这些管道的表面向地板辐射来实现加热效应。

这种系统在意大利专利No.1,037,880和英国专利GB-A-1448073中有披露，该系统包括直接设置在管道处的燃烧器和用于将气态加热介质馈送通过管道的风机，所述风机设置在燃烧器的上游或下游。

燃烧器是强制通风型的，且插入管道处，该管道具有闭环的形状。

这种解决方案有一缺点：使用强制通风燃烧器实际上在管道中产生预定压力，该预定压力需要连续的和精确的维护，这可能要由非常有资质的人员来实施，以检查从所述管道的任何泄漏。

在现有技术文献欧洲专利EP-A-0079526和EP-A-0503489中披露了另外的加热系统。

此外，使用强制通风气体燃烧器需要提供结构复杂且难以微调的装置；大量移动的机械部件使得装置易于发生故障，因此需要相当多的维护，同时整体成本较高。

作为对于这种缺点的部分解决方案，欧洲专利EP-647819披露了一种用于加热封闭空间的装置，该装置包括通过热辐射来作用的至少一个闭路管道、用于在管道处提供火焰以直接加热加热介质的燃烧器、以及设置在所述燃烧器上游所述管道处从而在其内产生负压的风机，所述加热介质由气体和燃烧空气的混合物来构成。

燃烧器是文氏管式的多孔燃烧器，该燃烧器提供位于火管内的组合火焰，该火管侧向围绕所述组合火焰从而提供一腔室，可在该腔室中相对于火管侧向分配并绕其循环加热介质，此后，由于所述风机和所述文氏管式多孔燃烧器内加压可燃气体射流产生的负压，加热介质在所述火管的下游与火焰燃烧气体和与从外部吸取的空气相混合。

尽管这种解决方案解决了所引用背景技术的缺点，但是发现了污染物的排放：使用强制通风燃烧器或带有文氏管式燃烧器或混合管的辐射管型的加热装置实际上从CO(一氧化碳)、C0₂(二氧化碳)和NO_x(氮氧化物)的值相当高的燃烧产物中产生出污染物。

此外，在其中安装了这些装置的封闭空间中，假如它们必定受气候控制的话，则还必需使用适当设置的冷却装置，且需要在封闭空间内提供单独的管道、导管和电连接件，用于给所述装置供给和分配温度降低的空气。

而且，已知的装置并不能部分回收其所产生能量。

作为这个缺点的部分解决方案，已知所谓的“热电联产”系统，该系统通常由用于联合产生电能和热能的热电系统来构成，该系统对于提高所用燃料的效率是有用的。

然而，这些系统具有显著的缺点：主要是它们非常昂贵，因为它们需要加热单元并因此需要锅炉，以在回路中产生水并通过适当设置的导管来传送水，该回路包括例如用于热交换的电池。

由于提供给所述管道和回路的所有附件，因此还会增大成本，假如人们希望提供对于封闭空间的气候控制(冷却)，则在任何情况下都必需在所有需要的回路上添加这些附件。

已知的热电联产系统包括例如已知商标名称为Capstone、Elliott和Turbec的系统。

目前，还知道使用微型涡轮机来同时产生电能和热水以用于冬季建筑加热，或者仅仅产生电能，将燃烧气体散入大气中。

还知道使用微型涡轮机来同时产生电能和热水，然后将该热水送入吸收器，且一般产生用于封闭空间的冷却和夏季气候控制的制冷水。

然而，即便是这些解决方案也有缺点：对于工业封闭空间的冬季加热，微型涡轮机应用的负面因素之一是：由于热的燃烧气体用来将水加热到通常80-90℃；然后将该水送入热交换器，该热交换器再加热封闭空间的空气。

这种解决方案具有严重的缺点，因为空气在热交换器中加热之后，其比重会降低且趋于上升，从而在被加热的封闭空间内的天花板处产生高温，这引起很大的热损失并因此引起很多的能源浪费。例如，在高度约为7米的商业或生产空间中，为了使视平线处的空气温度达到18℃，可发现天花板温度大约为35℃。

因此，所有用来加热人体上方的空气至18℃以上温度的能量都是极大的能源浪费。

此外，热的气体借助热交换器来加热水，这样加热的水可以借助另一热交换器来加热封闭空间的空气：因此，因为在热交换器中涉及许多传递流体，所以可观察到系统需要很长的时间来达到稳态。

而且，微型涡轮机技术目前是非常昂贵的，因为微型涡轮机是从航空领域衍生出来的，很难获得可变功率的因此是小型(用于小型建筑)、中型(用于中型建筑)和大型(用于大型建筑)的微型涡轮机。

发明内容

本发明的目标是通过提供一种装置来解决上述的问题，消除所引用背景技术的缺点，该装置即便对于较大封闭空间也能获得最优加热及其可选的冷却、以及能量平衡最优化，且可产生电能以供给受控封闭空间的用户装置或供给电网。

在这个目标之内，本发明的一目的是提供一种能够实现所用气态和液态燃料的高能量产额、从而同时高度抑制污染排放物CO、CO₂和NO_x的装置。

另一目的是提供一种能够提高辐射加热性能的装置。

另一目的是提供一种能够迅速、简单、低成本地冷却封闭空间的装置。

另一目的是提供一种能够减少燃料消耗和电能消耗、能够更好地保护环境并且生产、安装和维护的成本较低的装置。

另一目的是提供一种仅借助其简单变化就能获得各种建筑所需的所有加热功率级、从而能够优化工业化生产且实现较低生产成本的装置。

这一目标以及这些和其它目的在下文中将会变得更加显而易见，它们通过一种用于加热、发电和冷却封闭空间的装置来实现，该装置连接至至少一个通过热辐射来作用的闭路管道，其特点在于，该装置包括至少一个涡轮机或微型涡轮机，该涡轮机或微型涡轮机是轴流型的、或正切型的、或并入所述闭路管道的类型，该闭路管道借助于风机设置成局部真空，用于发电的交流发电机、用于将所述电能馈送至电网或用户装置的装置、以及用于产生冷却空气或制冷水的吸收器连接至所述至少一个涡轮机或微型涡轮机。

附图说明

从下面对本发明特定但非排它实施例的详细描述中，本发明的其它特征和优点将会变得更加显而易见，附图中以非限制性例子的方式示出了该实施例，在这些附图中：

图1是根据本发明的装置的示意图；

图2是使用单个微型涡轮机的装置的部分的示意图；

图3是类似于图2的视图，其使用一对微型涡轮机；

图4是类似于图3的视图，其使用三个微型涡轮机。

在下面的示例性实施例中，涉及特定例子给出的各个特征实际上可以与在其它示例性实施例中的其它不同特征互换。

而且，应该注意，在申请专利的过程中发现已知的任何事物都应理解为不要求保护且是放弃保护的主题。

具体实施方式

参见附图，附图标记1表示用于加热、发电和冷却封闭空间的装置，这些封闭空间诸如飞机库、剧院、电影院、高层仓库、商业、工业和手工业建筑，它们通常非常高且具有较大的表面。

该装置包括至少一个用附图标记2来表示的闭路型的管道，该管道通过热辐射来作用。

根据封闭空间的尺寸，回路可以具有选定的形状。

该装置有利地包含在用附图标记3来表示的外壳或整体式单元内，该外壳或整体式单元很紧凑且能够直接连接至管道2。

至少一个涡轮机或微型涡轮机4设置在整体式单元3内；通称也为微型涡轮机的小型涡轮机目前是已知的，它们主要来源于航空领域，并且在商业上已知有以下商标名称SAUER GT 15、WILLIAMS WR 24、DEUTZ KHD T 216、GARRETT GTCP85和SCROLL。

这些涡轮机或微型涡轮机可以是轴流型或正切型的，并且通常由压缩机5构成，该压缩机5借助适当设置的轴6连接至涡轮7，该涡轮7借助适当设置的燃烧室8供有预定的燃料。

还有一回收单元9，压缩机5的排放5a和涡轮7的排放7a连接至该回收单元9；所述回收单元将燃烧废气通过第一闸10传送入适当设置的腔室11，该腔室11直接设置在管道2处且连接至管道2。

涡轮机或微型涡轮机4可以是轴流型的，如图2所示，其中轴6与腔室11和管道2轴向对准，或者是正切型的，其中燃烧废气的排放与所述轴大致成直角。

涡轮机或微型涡轮机的数量可以随意选定，因此可以如图2所示只有一个，或者如图3所示多于一个，其中使用两个用附图标记4a和4b表示的微型涡轮机，这两个涡轮机相互并排设置，且相对于用附图标记11a和11b表示的适当设置的腔室轴向排放燃烧废气，这些腔室设置在管道2内且连接至管道2。

或者，还可考虑使用三个涡轮机或微型涡轮机，如图4所示，这些涡轮机用附图标记4c、4d和4e来表示。

这些涡轮机或微型涡轮机可以是轴流型或正切型的，并且在第一种情况下如图4所示分别具有腔室11c、11d和11e，这些腔室通向单个腔室11，而该单个腔室11设置在管道2内且连接至管道2。

在这种情况下，还可使用单个第一闸阀10，而在如图3所示的情况下，在腔室11a和11b的每一个中，微型涡轮机4a和微型涡轮机4b具有用附图标记10a、10b表示的适当设置的第一闸阀。

管道2有利地设置成局部真空，因为在整体式单元3中邻近涡轮机或微型涡轮机4的区域有利地设有风机12，其叶轮设置在适当设置的容纳部件13内，该容纳部件13设有合适的绝热器14，且管道2通向该容纳部件13以便输送和返回。

风机12的叶轮因此邻近腔室11，且也局部包含在容纳部件13中。

风机12然后抽吸燃烧废气，将该燃烧废气送入与第一腔室11共轴设置的适当设置的第二腔室15，从而在所述第一腔室的下游形成燃烧火焰气与燃烧废气之间的混合，该燃烧火焰气包含例如可从外部借助第二闸阀16来抽吸的一定量空气，从而不借助热交换器就能获得高温的气态流体。

较佳的是，在风机12和微型涡轮机4之间有第三闸阀17，插入该第三闸阀17以调节燃烧废气的流量，并且，还设有第四闸阀18，该第四闸阀18用于调节在排气19处废气的排放。

作为第四闸阀18的替代或与第四闸阀18组合，可设置第五闸阀20，该第五闸阀20连接至风机12，从而能够在适当设置的类似排气19处排放燃烧废气。

当然，在管道2内循环的空气与燃烧产物和微型涡轮机的火焰相混合的过程中，存在非常特定的比，因为所混合的用于燃烧的空气和气体的量等于从排气19的输出中的燃烧气体的量。

因此，在这种装置中，由于在管道2的输送导管上由风机12产生的局部真空，存在空气和由微型涡轮机4产生的燃烧废气的进气。

有利的是，如图2所示，风机12的进气口21设置在管道2的返回导管的大致中心处。

交流发电机22以及因此一回转式机械进一步连接至涡轮机或微型涡轮机4，该回转式机械将机械能转化成交流电能，以将该交流电能送至电网或在封闭空间中使用；还可选择地设置诸如用于将直流电转化成交流电的整流器23和逆变器24之类的附加装置。

可用来冷却封闭空间的吸收器25也构成该装置。

这种吸收器借助适当设置的第六闸阀26来抽吸来自涡轮机4的燃烧废气，该燃烧废气的热量运行已知类型的适当设置的吸收式制冷机，该吸收式制冷机提供用附图标记27来表示的冷却水或空气的输出，这些水或空气可以在邻近腔室11处适当设置的第七闸阀28下游在管道2的输送处传送，且可借助连接至管道2的适当设置的扩散器29传送入环境中，且在管道2与扩散器29之间插入适当设置的闸阀。

两种类型的吸收器在目前是已知的：氨水(例如以商标名称ROBUR销售的)或溴化锂一水(以商标名称EBARA、CENTURY、BCT销售)。

因此已经发现，本发明已实现了预期的目标和目的，已提供了一种装置，该装置能够实现对即便是较大的封闭空间的最优加热及其可选的冷却、以及可发电以馈送至受控封闭空间的用户装置或电网，还可有实现用气态和液态燃料的高能量产额，且同时高度抑制污染排放物CO、CO₂和NO_x。

该装置还能够减少燃料消耗，能够更好地保护环境，并且生产、安装和维护的成本较低。

该装置对其所要安装的封闭空间的特定要求的适用性很高，因为可借助该装置的简单结构变型来实现所有要求的加热功率级，例如根据偶然要求而通过致动一个或多个微型涡轮机来实现。

该装置能够发电，所发的电能可以销售或由建筑物需求所使用，因此还可避免配电网造成的损失。

此外，可将温度可从200到500℃变化的高温气体直接引入辐射回路，该辐射回路在几分钟内达到稳态，通过在封闭空间内辐射热来扩散，其中在天花板和人体之间的气温没有差别，从而实现了低的热损失，并因此减少了燃料浪费。

由于可将该装置设置在可直接连接至所述管道的紧凑尺寸的外壳或整体式单元内，所以鉴于相对于相等容量的已知系统来说的小尺寸，还能够将所述装置设置在封闭空间之外或之内的任意位置。

此外，通过提供直接连接至加热回路的紧凑的整体式单元，由于无需连接管道就会减少生产成本，而当使用在已知类型的热电联产系统中目前所用的普通微型涡轮机时则需要连接管道。

而且，结构简单性允许迅速和简单的维护，这可以甚至由未经特别培训的人员来实施，因此生产、安装和管理的成本较低。

至于应用场合，所述的解决方案例如还可用来提供对于例如隧道式窑的加热和冷却，同时还可发电。

根据本发明的装置当然易于作出多种修改和变型，所有这些修改和变型都在所附权利要求书的范围之内。

因此，例如，一个或多个带有简单的混合装置或燃料传送装置的、例如强制通风型或诱导或文氏管型燃烧器的废气和/或火焰能够在所述适当设置的腔室11处会聚。

封闭空间的气候控制实际上必然伴有涡轮机几乎无法承受且不能处理的热峰值或冷峰值。

因此，实际上，通过设计一种产品(整体式单元)，在该产品中，涡轮机总是以相同速率转动以提供正常使用的平均能量，并且在该产品中，还设有随着建筑的能量荷载的变化而开关的任何类型的燃烧器(或多个燃烧器)，从而使涡轮机连续运行，就可提供一种简单并且使用非常灵活的装置。

所用的材料以及构成本发明各部件的尺寸当然可以更加贴合特殊的要求。

用于实施某种不同功能的各种装置不必一定仅仅在所示实施例中共存，而是实际上可以存在于许多实施例中，包括未示出的实施例。

也可以省略表述为有利的、方便的或类似的特征或用等同物来替换它们。

本申请要求意大利专利申请第TV2005A000171号的优先权，在此以参见的方式引入该专利申请的全文。

Claims (17)

1.一种用于加热、发电和冷却封闭空间的装置，该装置连接至至少一个管道，该装置包括至少一个涡轮机或微型涡轮机，所述涡轮机或微型涡轮机是轴流型的、或正切型的、或并入所述闭路管道的类型，用于发电的交流发电机和用于将所述电能馈送至电网或用户装置的装置连接至所述至少一个涡轮机或微型涡轮机，所述至少一个管道具有用于排放废弃燃烧物的出口开口，其特征在于，所述至少一个管道是闭路管道，所述闭路管道具有输出和返回管道，并通过用于获取直接引入到所述至少一个闭路管道内的高温的气态流体的风机而布置成部分真空，且所述至少一个闭路管道通过热辐射作用。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，用于产生冷却空气或制冷水的吸收器连接到所述至少一个涡轮机或微型涡轮机。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置包含在可直接连接至所述管道的紧凑尺寸的外壳或整体式单元内。

4.如权利要求1或3所述的装置，其特征在于，至少一个轴流型或正切型的涡轮机或微型涡轮机设置在所述整体式单元内，且由压缩机构成，该压缩机借助适当设置的轴连接至涡轮，该涡轮借助燃烧室供有诸如气体或液体之类的预定的燃料。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，在所述整体式单元内设置回收单元，所述压缩机和所述涡轮的输送连接至所述回收单元，所述回收单元将燃烧废气通过第一闸阀传送入直接位于所述管道处且连接至所述管道的腔室。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述至少一个涡轮机或微型涡轮机是轴流型的，其中所述轴与所述腔室和所述管道轴向对准。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述至少一个涡轮机或微型涡轮机是正切型的，其中所述燃烧废气的输送设置成与所述轴大致成直角。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，该装置包括两个或多个轴流型的涡轮机或微型涡轮机，所述涡轮机或微型涡轮机设置成相互并排，并且相对于设置在所述管道内且连接至所述管道的所述腔室轴向地排放燃烧废气。

9.如权利要求5所述的装置，其特征在于，该装置包括三个或多个轴流型的涡轮机或微型涡轮机，所述涡轮机或微型涡轮机中的每一个具有腔室，该腔室通向设置在所述管道内且连接至所述管道的所述腔室。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述风机设置在所述整体式单元内邻近所述涡轮机或微型涡轮机的区域中。

11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，交流发电机、以及将机械能转化成待馈送至电网或待用于所述封闭空间中的交流电能的回转式机械连接至所述至少一个涡轮机或微型涡轮机，且设置附加的装置以将直流电转化成交流电。

12.如权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述整体式单元内设置吸收器以冷却所述封闭空间。

13.如权利要求1或12所述的装置，其特征在于，所述吸收器通过第六闸来抽吸来自所述至少一个涡轮机或微型涡轮机的燃烧废气，该燃烧废气的热量运行吸收式制冷机，该吸收式制冷机具有冷却空气或水的出口，这些冷却空气或水能在邻近所述腔室的第七闸阀下游的所述管道的输送处传送，且能借助于其间插入闸阀地连接至所述管道的扩散器传送入所述封闭空间。

14.如前述权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个涡轮机或微型涡轮机设有用于加热燃烧空气的预热器，该预热器适于提高效率。

15.如前述权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个涡轮机或微型涡轮机和所述吸收器设置在单独的模块单元中，这些模块单元能安装在通过辐射来供热的回路中的地面上、天花板上和墙壁上。

16.如前述权利要求5所述的装置，其特征在于，一个或多个燃烧器的燃烧气体和/或火焰在所述腔室(11)处会聚。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述一个或多个燃烧器是强制通风型或诱导型或文氏管型的，且是简单混合型或燃料传送型的。

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