CZ310471B6 - Kogenerační jednotka - Google Patents

Abstract

Kogenerační jednotka je tvořena teplovodním kotlem (1) sestávajícím ze spalovací komory (2), z výměníku (4) topné vody zapojeného v okruhu (100) topné vody pro vytápění a umístěného ve spalinové cestě blíže ke spalinovému hrdlu (3) a z výměníku horké vody umístěného ve spalinové cestě mezi výměníkem (4) topné vody a spalovací komorou (2) a zapojeného v okruhu (200) horké vody a spojeného přes výměník (19, 20) odparky s okruhem (300) páry na výrobu páry pro parní stroj (23) s generátorem (24) elektrické energie. Výměník horké vody je tvořen nejméně dvěma oddělenými tlakovými výměníky (6, 7, 8, 9) horké vody umístěnými ve spalinové cestě paralelně vedle sebe.

Description

Kogenerační jednotka

Oblast techniky

Vynález se týká kogenerační jednotky získávající páru z teplovodního kotle pro parní stroj pohánějící generátor elektrické energie při zachování původního účelu teplovodního kotle vytápění.

Dosavadní stav techniky

Dosud známá provedení teplovodních kotlů na vytápění rodinných domů a jiných menších objektů produkují topnou vodu, jejíž teplota nepostačuje na generování páry pro pohon parního stroje s generátorem elektrické energie. Neumožňuje tudíž kogenerační výrobu tepla a elektrické energie.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je kogenerační jednotka tvořená teplovodním kotlem sestávajícím ze spalovací komory, z výměníku topné vody zapojeného v okruhu topné vody pro vytápění umístěného ve spalinové cestě blíže ke spalinovému hrdlu, z výměníku horké vody umístěného ve spalinové cestě mezi výměníkem topné vody a spalovací komorou, zapojeného v okruhu horké vody a spojeného přes výměník odparky s okruhem páry na výrobu páry pro parní stroj s generátorem elektrické energie, přičemž výměník horké vody je tvořen nejméně dvěma oddělenými tlakovými výměníky ve spalinové cestě paralelně vedle sebe. Tlakové výměníky jsou vytvořeny z trubek. Jednodušší provedení je z jedné trubky obtékané spalinami pouze na vnějším povrchu. Výhodnější provedení je ze dvou trubek kdy trubka o větším průměru je obtékána spalinami na vnějším povrchu a menší trubka tvořící dutinu je obtékána spalinami na vnitřním povrchu. Parní stroj je tvořen nejméně jedním pístem a válcem a každý pracovní prostor vymezený pístem a válcem je plněn párou z jednoho nebo z několika samostatných okruhů páry, jim příslušných okruhů horké vody a tlakových výměníků horké vody. Tato koncepce umožňuje v malých tlakových výměnících dosahovat vyšších teplot a tlaků pro generování páry.

Objasnění výkresů

Na obr. 1 je znázorněn teplovodní kotel v řezu s tlakovým výměníkem horké vody.

Na obr. 2 je znázorněn teplovodní kotel ve vodorovném řezu se čtyřmi tlakovými výměníky horké vody.

Na obr. 3 je znázorněna v řezu jednoduchá varianta tlakového výměníku horké vody.

Na obr. 4 je znázorněna v řezu výhodnější varianta tlakového výměníku horké vody.

Na obr. 5 je znázorněno schéma zapojení kogenerační jednotky se dvěma tlakovými výměníky horké vody a parním strojem s jedním dvojčinným válcem.

Na obr. 6 je znázorněno zjednodušené schéma zapojení kogenerační jednotky se čtyřmi tlakovými výměníky horké vody a parním strojem s jedním dvojčinným válcem.

- 1 CZ 310471 B6

Příklad uskutečnění vynálezu

Příkladné uskutečnění vynálezu je znázorněno postupně na obr. 1, obr. 2, obr. 3, obr. 4, obr. 5 a obr. 6.

V teplovodním kotli 1 sestávajícím (obr. 1, obr. 2) ze spalovací komory 2 izolované žáruvzdornou vyzdívkou 5 od výměníku 4 topné vody umístěném ve spalinové cestě blíže ke spalinovému hrdlu 3, jsou umístěny mezi spalovací komorou 2 a výměníkem 4 topné vody tlakové výměníky 6, 7, 8, 9 horké vody rovněž izolované žáruvzdornou vyzdívkou 5 od výměníku 4 topné vody. Tlakové výměníky 6, 7, 8, 9 horké vody jsou tedy umístěny ve spalinách o vysoké teplotě hned za spalovací komorou 2 a to umožňuje v nich docílit vyšší teplotu vody než ve výměníku 4 topné vody.

Vyšší teplota v tlakových výměnících 6, 7, 8, 9 horké vody znamená rovněž vyšší tlak, a proto jsou z toho důvodu konstruovány z trubek.

Jednodušší varianta (obr. 3) tlakového výměníku je tvořena vnější trubkou 36. dnem 37, přírubou 38. vstupní trubkou 39 a výstupní trubkou 40.Takto konstruovaný tlakový výměník je obtékán spalinami pouze na vnějším povrchu.

Výhodnější varianta (obr. 4) tlakového výměníku je tvořena vnější trubkou 41. vnitřní trubkou 42. prstencovým dnem 43. prstencovou přírubou 44, kratší oddělovací trubkou 45 spojenou s přírubou 44 a dvěma připojovacími trubkami 46. U takto konstruovaného výměníku obtékají spaliny výměník jak na vnějším povrchu trubky 41. tak i na vnitřním povrchu vnitřní trubky 42, což znamená větší teplosměnnou plochu, a tedy lepší poměr mezi obsahem vody a teplosměnnou plochou.

Na obrázku (obr. 5) je schematicky znázorněna nejjednodušší varianta kogenerační jednotky tvořená teplovodním kotlem j. s pouze dvěma tlakovými výměníky 6, 7 a parním strojem 23 s jedním dvojčinným válcem a generátorem 24 elektrické energie.

Jak je ze schématu zřejmé, kogenerační jednotka je tvořena třemi typy okruhů s vlastním teplosměnným mediem - vodou.

První typ okruhu 100 topné vody je tvořen výměníkem 4 topné vody, topným systémem 10. chladičem 11 kondenzoru, chladičem 12 kondenzoru, nádobou 17 chladiče odparky, nádobou 18 chladiče odparky a oběhovým čerpadlem 33 topného okruhu.

Druhý typ okruhu 200 horké vody je ve schématu dvakrát a je tvořen v prvním případě tlakovým výměníkem 6 horké vody, třícestným ventilem 29, výměníkem 20 odparky, třícestným regulačním ventilem 31. chladičem 16 odparky a oběhovým čerpadlem 34 horkovodního okruhu. V druhém případě je tvořen tlakovým výměníkem 7 horké vody, třícestným ventilem 30. výměníkem 19 odparky, třícestným regulačním ventilem 32, chladičem 15 odparky a oběhovým čerpadlem 34 horkovodního okruhu.

Třetí typ okruhu 300 páry je ve schématu rovněž dvakrát a je tvořen v prvním případě nádobou 22 odparky, plnicím ventilem 25. parním strojem 23, výfukovým ventilem 27. nádobou 13 chladiče kondenzoru a čerpadlem 35 kondenzátu. V druhém případě je tvořen nádobou 21 odparky, plnicím ventilem 26. parním strojem 23, výfukovým ventilem 28. nádobou 14 chladiče kondenzoru a čerpadlem 35 kondenzátu.

První typ okruhu 100 topné vody je určen k vytápění tím, že teplo získané z teplovodního kotle 1 ve výměníku 4 topné vody vede do topného systému 10 a zároveň je určen k získávání odpadního (kondenzačního) tepla z okruhů 300 páry z chladiče 11 kondenzoru a chladiče 12 kondenzoru a

-2 CZ 310471 B6 zároveň je určen k získávání přebytečného tepla z okruhů 200 horké vody z nádoby 17 chladiče odparky a z nádoby 18 chladiče odparky tím, že vede takto získané teplo přes oběhové čerpadlo 33 zpět do teplovodního kotle 1 do výměníku 4 topné vody.

Druhý typ okruhů 200 horké vody je určen k výrobě horké vody v tlakovém výměníku 6 horké vody a v tlakovém výměníku 7 horké vody.

Horká voda je vedena v prvním případě z tlakového výměníku 6 horké vody přes třícestný ventil 29 do výměníku 20 odparky, dále přes třícestný regulační ventil 31 do chladiče 18 odparky a přes oběhové čerpadlo 34 horkovodního okruhu zpět do tlakového výměníku 6 horké vody.

V druhém případě je horká voda z tlakového výměníku 7 horké vody vedena přes třícestný ventil 30 do výměníku 19 odparky, dále přes třícestný regulační ventil 32 do chladiče 15 odparky a přes oběhové čerpadlo 34 horkovodního okruhu zpět do tlakového výměníku 7 horké vody.

Třetí typ okruhů 300 páry je určen k výrobě páry pro parní stroj 23 a kjejí kondenzaci po vykonání pracovního cyklu.

V prvním případě pára odpařená v nádobě 22 odparky je přes plnicí ventil 25 cyklicky napouštěna do válce parního stroje 23 a odtud po vykonání pracovního cyklu přes výfukový ventil 27 do nádoby 13 chladiče kondenzoru a po zkondenzování přes čerpadlo 35 kondenzátu zpět do nádoby 22 odparky.

V druhém případě pára odpařená v nádobě 21 odparky je přes plnicí ventil 26 cyklicky napouštěna do válce parního stroje 23 a odtud po vykonání pracovního cyklu přes výfukový ventil 28 do nádoby 14 chladiče kondenzoru a po zkondenzování přes čerpadlo 35 kondenzátu zpět do nádoby 21 odparky.

Při výše popsaném způsobu zapojení vyrábí kogenerační jednotka současně teplo pro vytápění objektu a zároveň elektrickou energii. Podíl mezi teplem určeným na vytápění objektu a teplem pro výrobu elektrické energie lze částečně nastavit třícestnými regulačními ventily 31. 32. které umožňují část tepla z tlakových výměníků 6, 7 horké vody poslat přes chladiče 16 a 15 odparky do okruhu 100 topné vody anebo zpět do tlakových výměníků 6, 7 horké vody. Této možnosti je využito též k regulaci teploty pro odpařování vody v nádobách 22, 21 odparky.

Kogenerační jednotka může pracovat i v režimu, kdy nevyrábí elektrickou energii a dodává pouze teplo pro vytápění. V tomto režimu se třícestné ventily 29, 30 nastaví do polohy kdy horká voda neprochází přes výměníky 20, 19 odparek ale přímo přes třícestné regulační ventily 31. 32 do chladičů 16. 15 odparek, kde odevzdají teplo přes nádoby 18. 17 chladičů odparky do zpátečky okruhu 100 topné vody.

Na obr. 6 je znázorněna kogenerační jednotka s teplovodním kotlem 1 se čtyřmi tlakovými výměníky 6, 7, 8 a 9 horké vody a parním strojem 23 s generátorem 24 elektrické energie. Obsahuje jeden okruh 100 topné vody, čtyři okruhy 200 horké vody a čtyři okruhy 300 páry.

Funkce okruhu 100 topné vody, okruhu 200 horké vody a okruhu 300 páry je popsána výše.

Výhodou tohoto provedení je, že lze z teplovodního kotle 1 získat více páry pro pohon parního stroje 23 s generátorem 24 elektrické energie.

Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný k výrobě malých kogeneračních jednotek pro rodinné domy a jiné menší objekty pro společnou výrobu tepla a elektrické energie. Výhodou je možnost topit pevnými

-3 CZ 310471 B6 palivy z obnovitelných zdrojů s nulovou uhlíkovou stopou. Další výhodou tohoto obnovitelného zdroje je, že pň výrobě elektrické energie nezávisí na svitu slunce a větru.

Claims (4)

1. Kogenerační jednotka tvořená teplovodním kotlem (1) sestávajícím ze spalovací komory (2), z výměníku (4) topné vody zapojeného v okruhu (100) topné vody pro vytápění a umístěného ve spalinové cestě blíže ke spalinovému hrdlu (3) a z výměníku horké vody umístěného ve spalinové cestě mezi výměníkem (4) topné vody a spalovací komorou (2) a zapojeného v okruhu (200) horké vody a spojeného přes výměník (19, 20) odparky s okruhem (300) páry na výrobu páry pro parní stroj (23) s generátorem (24) elektrické energie, vyznačující se tím, že výměník horké vody je tvořen nejméně dvěma oddělenými tlakovými výměníky (6, 7, 8, 9) horké vody, umístěnými ve spalinové cestě paralelně vedle sebe.

2. Kogenerační jednotka podle nároku 1, vyznačující se tím, že tlakové výměníky (6, 7, 8, 9) horké vody jsou tvořeny vnější trubkou (36) uzavřenou na spodním konci dnem (37) a na horním konci přírubou (38), v jejímž středu je koaxiálně vzhledem k vnější trubce (36) uložena vstupní trubka (39) a mimo střed příruby (38) výstupní trubka (40) propojená s prostorem mezi vnější trubkou (36) a vstupní trubkou (39).

3. Kogenerační jednotka podle nároku 1, vyznačující se tím, že tlakové výměníky (6, 7, 8, 9) horké vody jsou tvořeny vnější trubkou (41) a v ní koaxiálně umístěnou vnitřní trubkou (42), přičemž prostor vymezený mezi vnější trubkou (41) a vnitřní trubkou (42) je na spodním konci uzavřen prstencovým dnem (43) a na horním konci uzavřen prstencovou přírubou (44), přičemž s prstencovou přírubou (44) je spojena kratší oddělovací trubka (45) koaxiálně umístěná v prostoru mezi vnější trubkou (41) a vnitřní trubkou (42) rozdělující prostor mezi vnější trubkou (41) a vnitřní trubkou (42) na dvě části z nichž každá je propojena s jednou připojovací trubkou (46) v prstencové přírubě (44).

4. Kogenerační jednotka podle nároku 1, vyznačující se tím, že parní stroj (23) je tvořen nejméně jedním pístem a válcem a každý pracovní prostor vymezený pístem a válcem je plněn z jednoho nebo z několika samostatných okruhů (300) páry, jimž přísluší okruhy (200) horké vody a tlakové výměníky (6, 7, 8, 9) horké vody.