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Bereich der Technik
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Die technische Lösung betrifft den Bereich der Energiewirtschaft, wann die Ersatzsysteme für die Steuerung der Gebäude, Labors, die Datenspeichereinrichtungen, die Kontrolleinrichtungen der staatlichen Kriseninfrastruktur, Telefonzentralen und weitere ähnliche Anlagen mit Ersatzstromanlagen mit der hohen Aktivierungsgeschwindigkeit ausgerüstet sind, wann niedrige Temperaturen bei Generatoren mit dem Verbrennungsmotorantrieb die Verlangsamung oder die Nichtfunktionalität der Startsequenz verursachen.
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Bisheriger Stand der Technik
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Die meisten entwickelten Länder garantieren ihren Bewohnern die Versorgung mit sozialen Grundkommoditäten wie Wasser und Abwasserabführung, Strom, Wärme u. ä. Vor allem die Stromleitungen sind für das jetzige Niveau der menschlichen Gesellschaft schlüsselwichtig. Ohne Strom werden die Haushalte kein Licht, keine Wärme haben, die Informationsströme, wie Telefon, Fernsehen, Funk oder Internet werden nicht funktionieren, und die meisten Fabriken oder Geschäfte werden nicht in Betrieb sein. Es werden die Sicherungs- und Kontrolleinrichtungen im Verkehr, die Sicherungssysteme für den Staatsschutz nicht funktionieren oder es können die wertvollen auf elektronischen Speichermedien gespeicherten Daten verloren gehen. Deshalb stellen die Leitungen der elektrischen Installation eine der Prioritäten für den Nationalschutz dar. Die unangemessen wachsenden Stromabnahmen und der Bedarf an gelieferte Strommenge bringen außer dem Risiko zum Beispiel des Terrorangriffs auf den Stromnetz, das immer größere Risiko der Überlastung der älteren, für gegenwärtigen Bedarf unterdimensionierten Leitungen und den Ausfall der Stromversorgung auch in der globalen Sicht, englisch als „Blackout“ genannt.
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Aus diesem Grund sind wichtige Betriebe, Informationsnetze, Zentralen und Datenspeichereinrichtungen, genauso wie strategische Militärstrukturen des Frühwarnsystems, der Luftverteidigung, u. ä. gegen unerwartete Stromausfälle durch Ersatzstromanlagen für die Versorgung mit dieser Energie gesichert. Nach der Geschwindigkeit der Reaktion auf den Ausfall sind die Batterien-Ersatzstromquellen am schnellsten, welche jedoch in der Gegenwart vor allem kürzerfristige Stromversorgungen mit niedrigeren Leistungen darstellen. Die mehr stabilen, längerfristigen Versorgungen werden dann in der Form der Ersatzstromerzeugungsanlagen mit dem Verbrennungsmotorantrieb gelöst.
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Aus dem Patentdokument
US 20040134533 ist das kombinierte Ersatzversorgungssystem der Gebäude bekannt. Das Gebäude, welches unter normalen Bedingungen an die städtische Wasser-, Gas- und Stromverteilung angeschlossen ist, hat eigene Wasser- und Gasreservoire und eigene Stromerzeugungsanlage mit dem Verbrennungsmotor, welche im Falle der Unterbrechung der Standardversorgung, also zum Beispiel bei Naturkatastrophen, u. ä. aktiviert werden. Diese Ersatzreservoire und Ersatzquellen stellen die Versorgung mit dem Grundbedarf für das ganze Haus über die Zeit von einigen Tagen oder sogar Wochen sicher.
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Bestimmte Schwachstelle bei Ersatzstromerzeugungsanlagen mit dem Verbrennungsmotor stellen Klimabedingungen dar. Die Motoren und Gleitflächen werden mit Ölen und Vaselinen mit der entsprechenden Viskosität geschmiert. Diese Viskosität senkt jedoch mit der Temperatursenkung, und im Gegenteil sie steigt durch die Erwärmung und dadurch werden die Widerstände durch die Reibung der Bauteile geändert. Das, zusammen mit dem Faktor, dass der Motor oft selbst oder im Aggregat mit dem Generator das schwere Schwungrad enthält, welches auch in Rotation versetzt werden muss, die verschlechterte Startfunktion des Motors bei niedrigen Temperaturen, also vor allem in Wintermonaten und in kalten Gebieten hervorruft. Deshalb ist es sinnvoll, die Vorwärmung des Motors so zu verwenden, dass er immer die optimale Temperatur für den Start hat. Das bedeutet jedoch entweder das Vorwärmsystem, welches im Notfall aktiviert wird, und den Motor auf die Betriebstemperatur vor dem Start, jedoch mit dem Risiko der relativ längeren Aktivierungsverzögerung erwärmt, oder die Dauererwärmung, welche im Gegenteil Dauerkosten für diese Vorwärmung auch in der Zeit bedeutet, wann das betrieblich nicht notwendig ist. Unter niedrigen Temperaturen leidet auch der Kraftstoff der Verbrennungsmotoren, wann beim Stocken die Fließfähigkeit senkt, es bilden sich Wasserkristalle, der Kraftstoff geliert, bis es zur Undurchgängigkeit der Filter oder der Kraftstoffrohrleitung kommt. Das Stocken des Kraftstoffs betrifft vor allem den Dieselkraftstoff, weniger dann das Benzin.
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Aus dem Patentdokument
CN 105114229 ist das Vorwärmsystem für den Kraftstoff der Dieselmotoren bekannt. Die Erwärmungsfunktion im klassischen Kraftstoffkreislauf erfüllt der grobe Kraftstofffilter, welcher auch als elektrischer Erwärmer dient. Die Kraftstoffzirkulation im Freilauf stellt dann die sukzessive Durchwärmung des ganzen Kraftstoffsystems sowie des Kraftstoffs im Kraftstofftank sicher. Das System wird von der Steuereinheit gesteuert, welche die Kraftstofftemperatur in einzelnen Teilen des Kraftstoffsystems mittels der Temperaturfühler auswertet.
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Aus dem Patentdokument CZ/
EP 2567083 ist die Vorwärmeinrichtung für die Vorwärmung der großen Dieselmotoren bekannt. In diesem Falle handelt es sich um die Motoren für schwere Eisenbahnmaschinen und Lokomotiven, welche für ihre Inbetriebnahme optimale Bewegungen und hohe Anlassleistung des Startermotors benötigen, und ohne Vorwärmung ist es beim kalten Winterwetter praktisch nicht möglich, diese Motoren anzulassen. Die Vorwärmung wird mittels des Kühlsystems des Motors, wann die Kühlflüssigkeit mittels der elektrischen Vorwärmung erwärmt wird, oder mittels der Vorwärmung mit dem Zusatz-Verbrennungsmotor durchgeführt. Die Vorwärmung wird wiederum von der Zentraleinheit mit thermostatischen Sensoren gesteuert.
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Den Fachleuten ist die Nutzung der Wärmepumpen in üblichen Modifikationen, wie Wasser - Wasser, Wasser, Gas, Gas - Wasser, für die Abnahme der Wärmeenergie aus Niedertemperatur-Wärmequellen, wie aus der Umgebungsluft, dem Grundwasser aus dem Bohrloch, u. ä. und ihre Verwandlung in nutzbare Hochtemperatur-Wärmeenergiequelle zur Beheizung der Gebäude gewöhnlich bekannt.
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Um das Risiko der Störung des Betriebes der Datenzentren zu senken, installieren die Besitzer dieser Zentren unterbrechungsfreie Stromversorgungen, welche oft die Batteriebanken einschließen, um die kurzfristigen Energiequellen und Ersatzgeneratoren, welche ununterbrochen laufen oder innerhalb von einer kurzen Zeit verfügbar sind, zu gewähren, um die Startzeit zu minimieren. Auch wenn der Generator nicht läuft, ist es sinnvoll, ihn in einer warmen Umgebung zu halten, um seinen schnellen Start zu erleichtern. Solche Ersatzstromversorgungssysteme verbrauchen also die Energie, und zwar auch unter den Bedingungen, wann die Ersatzstromanlage nicht im Betrieb ist. Sie stellen jedoch sicher, dass die Server mit Strom weiter versorgt werden können, auch wenn die Stromversorgung aus dem nationalen Verteilungsnetz im lokalen oder globalen Maßstab versagt.
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Das Hauptproblem der elektronischen Bauteile ist die Tatsache, dass der Stromdurchgang durch die Kreise den elektrischen Widerstand leistet, der die Verwandlung der elektrischen Energie in die Wärmeenergie bewirkt. Deshalb stellen die Datenzentren und ähnliche elektronische Zentren große Wärmegeneratoren dar. Die Wärme kann jedoch die Bauteile durch die Überhitzung beschädigen, und deshalb ist es nötig, diese Wärme abzunehmen und die Zentren zu kühlen, um im Raum die vorgeschriebene Betriebstemperatur zu halten. Zu diesem Zweck dienen die Kühlaggregate, welche in vielen Fällen auch durch die Ersatzstromanlage gesichert sind, weil auch ihr Betrieb im Regime 24/7 zu sichern ist. Die Lösung der Kühlsysteme mit der Ersatzstromanlage des Antriebs ist im Dokument
GB 2478811 beschrieben.
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Der Nachteil der meisten Ersatz-Stromversorgungssysteme, welche zur Zeit verwendet werden, ist die Tatsache, wenn auch die Datenzentren große Wärmeenergiemengen erzeugen, werden diese durch weitere Stromabnahme für den Antrieb der Kühlsysteme, und zwar ohne Nutzen abgenommen und eliminiert.
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Die Aufgabe der technischen Lösung ist es, solche Anlage zu entwerfen, welche die durch den Betrieb des Datenzentrums und der Ersatz-Stromversorgungssysteme entstandene Wärmeenergie abnehmen und akkumulieren, und diese anschließend für die Vorwärmung der Motoren und des Kraftstoffs in stationären Ersatzstromanlagen dieser Zentren ausnutzen würde, wodurch man die zur Sicherstellung der ununterbrochenen Erhaltung des Motors des elektrischen Generators im vorwärmten Zustand notwendigen Verluste senken würde.
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Prinzip der technischen Lösung
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Die Mängel der bekannten technischen Lösungen werden durch die entworfene Einrichtung zur Vorwärmung der Verbrennungsmotoren in stationären Ersatzstromanlagen, besonders in Serverzentren, in Datenspeichereinrichtungen, in Telefonzentralen, Schaltanlagen und Steuerzentren gelöst, welche für die kontinuierliche Dauer-Vorwärmung des Verbrennungsmotors, welcher im Falle des Stromausfalls aus dem zentralen Stromversorgungsnetz den Ersatzstromgenerator antreiben wird, die durch elektrische Komponenten dieser versorgten Serverzentren sowie anderer Zentren erzeugte Wärme ausnutzen. Die Wärmeenergie wird mittels der Wärmepumpe aufgenommen, und mit dem System des Speichers und der Verteilungsleitungen werden dann durch die Wärme der Kühlkreislauf des Motors und der Raum, wo der Motor und der Stromgenerator platziert sind, vorerwärmt.
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Die Einrichtung zur Vorwärmung der Verbrennungsmotoren in stationären Ersatzstromanlagen schließt mindestens einen Verbrennungsmotor mit dem Stromgenerator, der an die Verteilung der durch die externe Wärmequelle erwärmte Wärmeübertragungsflüssigkeit angeschlossen ist, ein. Der Verbrennungsmotor ist nach dieser technischen Lösung an den ersten Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf, der durch eine Seite des Wärmetauschers geführt wird, angeschlossen. Die Einrichtung enthält weiter mindestens einen einstufigen Wärmespeicher, welcher in seiner Innenstruktur die Wärme speichert, durch den Wärmespeicher wird der zweite Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf geführt, welcher an die andere Seite des Wärmespeichers angeschlossen ist.
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Die externe Wärmequelle ist in dieser technischen Lösung das System der Wärmepumpe in der Flüssigkeit-Flüssigkeit-Ausführung, des Kühlwärmetauschers und der Niedertemperatur-Wärmequelle. Der Kühlwärmetauscher nimmt die durch die Niedertemperatur-Wärmequelle erzeugte Luftwärme auf, und gibt diese Wärme mit der niedrigen Temperatur mittels des fünften Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislaufs an die Wärme Pumpe ab, welche diese in die Wärme mit höheren Temperaturen transformiert. Die Wärmepumpe ist mit ihrem Austritt der Hochtemperatur-Wärmeübertragungsflüssigkeit mit dem Eintritt der Niedertemperatur-Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Wärmespeicher verbunden. Der Austritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus dem Wärmespeicher ist über die Umwälzpumpe mit dem Eintritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Wärmespeicher verbunden. Die Verbindung der Wärmepumpe mit dem Wärmespeicher bildet den dritten Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf. Die Niedertemperatur-Wärmequelle stellen nach dieser technischen Lösung die elektronischen Bauteile und/oder die bei ihrem üblichen Betrieb wärmeerzeugenden Geräte dar. Die Einrichtung schließt weiter die Steuereinheit für die Steuerung der einzelnen Teile der Einrichtung ein.
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In der günstigen Ausführung wird der Verbrennungsmotor nach dieser technischen Lösung mit der Flüssigkeit gekühlt. Der Wärmetauscher hat zwei Teile, den Hoch- und Niederdruckteil, welche durch die Wärmeübertragungstrennwand voneinander getrennt sind. Der Austritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus dem Motormantel-Kühlkreislauf ist an den Eintritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Wärmetauscher-Hochdruckteil angeschlossen. Der Austritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus dem Wärmetauscher-Hochdruckteil ist über die Umwälzpumpe an den Eintritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Motormantel-Kühlkreislauf angeschlossen. Die Verbindung des Motormantel-Kühlkreislaufs mit der Wärmepumpe mit dem Wärmetauscher-Hochdruckteil bildet den ersten Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf.
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In einer anderen günstigen Ausführung ermöglicht der zweistufige Wärmespeicher die Wärmeerzeugung mit zwei verschiedenen Temperaturbereichen in zwei getrennten Wärmespiralen. Die Niedertemperatur-Spirale zur Erzeugung der niedrigeren Temperaturen ist im unteren Teil des Wärmespeichers angeordnet. Der Austritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus der Niedertemperatur-Spirale ist an den Eintritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Wärmestrahler angeschlossen. Diese Wärme mit der niedrigeren Temperatur wird in dieser günstigen Ausführung zur Beheizung des Raums, wo der Ersatzstromgenerator mit dem Verbrennungsmotor für seinen Antrieb platziert ist, verwendet. Der Austritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus dem Wärmestrahler wird über die Umwälzpumpe an den Eintritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit in die Niedertemperaturspirale im unteren Teil des Wärmespeichers zurückgeführt. Die Verbindung der Niedertemperatur-Spirale und des Wärmestrahlers bildet den vierten Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf.
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In der weiteren günstigen Ausführung ist die Hochtemperatur-Spirale im oberen Teil des Wärmespeichers angeordnet. Der Austritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus der Hochtemperatur-Spirale ist an den Eintritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Wärmetauscher-Niederdruckteil angeschlossen.
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Der Austritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus dem Wärmetauscher-Niederdruckteil wird über die Umwälzpumpe an den Eintritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit in die Hochtemperatur-Spirale zurückgeführt. Die Verbindung der Hochtemperatur-Spirale mit dem Wärmetauscher-Niederdruckteil bildet den zweiten Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf.
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In einer anderen günstigen Ausführung ist das in der Wärmepumpe verwendete Kühlmittel das Kohlendioxid. Diese Konstruktion ermöglicht, dass die Wärmepumpe die Wärme mit höheren Temperaturen erzeugt, welche auch aus Niedertemperatur-Wärmequellen gewonnen werden kann.
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In der weiteren günstigen Ausführung ist der Stromgenerator die Stromerzeugungsanlage mit dem Verbrennungsmotor mit dem externen Kühlsystem. Der Austritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus dem Motormantel-Kühlkreislauf wird über das Dreiwegregelventil in den Motorkühler und/oder auf den Eintritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Wärmetauscher-Hochdruckteil zugeführt. Das Durchflussregime der Wärmeübertragungsflüssigkeit wird vom Regime der Motorfunktion abhängig sein, wann beim ausgeschalteten Zustand dieser Motor erwärmt, und beim eingeschalteten Zustand im Gegenteil gekühlt wird. Der Austritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus dem Wärmetauscher-Hochdruckteil und/oder dem Kühler wird nach dieser technischen Lösung über die Umwälzpumpe auf den Eintritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Motormantel-Kühlkreislauf zurückgeführt.
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In einer anderen günstigen Ausführung ist die Steuereinheit elektrisch und datenmäßig mit dem in dem externen Kühlsystem des Motors geschalteten Temperaturfühler, dem im ersten Kreislauf geschalteten Temperaturfühler und dem Temperaturfühler und der Wärmepumpe, welche in dem zweiten Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf geschaltet sind, verbunden. Diese Schaltung stellt die Kontrolle und die Steuerung des Kühl- und Erwärmungszyklus des Verbrennungsmotors in der Abhängigkeit von klimatischen Bedingungen und vom Betriebszustand des Motors sicher. Die Steuereinheit ist gleichzeitig elektrisch und datenmäßig mit dem Temperaturfühler und der Umwälzpumpe des zweiten Kreislaufs und der Umwälzpumpe des vierten Kreislaufs, dem Wärmespeicher, dem Wärmestrahler und dem Temperaturfühler des Wärmespeichers verbunden. Diese Schaltung stellt die Wärmeaustauschkontrolle und -steuerung zwischen dem Wärmespeicher und dem Wärmetauscher und dem Wärmespeicher und dem Wärmestrahler sicher. Die Steuereinheit ist weiter elektrisch und datenmäßig auch mit dem Temperaturfühler und der Umwälzpumpe des dritten Kreislaufs und der Wärmepumpe, für den Wärmeaustausch zwischen der Wärmepumpe und dem Wärmespeicher verbunden.
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Der Hauptvorteil der technischen Lösung sind die Einsparung im Bereich der Betriebswirtschaftlichkeit und die Erhöhung der Umweltfreundlichkeit des Betriebes der Ersatzstromanlagen mit dem Verbrennungsmotorantrieb. Während die Dauererwärmung mittels der elektrischen Heizeinrichtung zu den wirtschaftlich aufwendigsten Weisen gehört, gehört die mittels des Zusatz-Verbrennungskörpers realisierte Erwärmung zu den am wenigsten umweltfreundlichen Lösungen. Diese technische Lösung nutzt die klassische Kenntnis der Funktion der Wärmepumpe sowie die Tatsache aus, dass die Stromkreise infolge des Widerstands beträchtliche Wärmemenge erzeugen, welche gegen die Überhitzung gekühlt werden müssen, und sie schlägt vor, statt der Durchführung der Kühlung für den Preis des Betriebes der Kühlanlagen, diese Wärme abzunehmen, zu speichern und zur Erwärmung der notwendigen Teile, also zur Vorwärmung des Verbrennungsmotors in der Zeit, wann er außer Betrieb ist, und also keine Eigenwärme erzeugt, wieder auszunutzen.
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Figurenliste
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Die technische Lösung wird mittels der Zeichnung näher geklärt, welche darstellt:
- Schaltschema der einzelnen Teile der Anlage
- Schematische Verbindung der Steuereinheit mit einzelnen Elementen der Anlage und die Bezeichnung der Ein- und Austritte des Wärmetauschers
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Beispiele für die Realisation der technischen Lösung
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Nach der und schließt die Anlage 1 zur Vorwärmung der Verbrennungsmotoren 2 in stationären Ersatzstromanlagen mindestens einen Verbrennungsmotor 2 mit dem Stromgenerator 26, welcher an den durch die externe Wärmequelle erwärmten Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf angeschlossen ist, ein. Der Verbrennungsmotor 2 ist nach dieser technischen Lösung an den ersten Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf 3 angeschlossen, welcher durch eine Seite des Wärmetauschers 4 geführt wird, wann die Wärmeübertragungsflüssigkeit des ersten Kreislaufs 3 die Wärme aus dem Wärmetauscher 4 abnimmt und diese an den Motor 2 abgibt. Die Anlage enthält weiter mindestens einen einstufigen Wärmespeicher 5, welcher in seiner Innenstruktur die Wärme speichert. Durch den Wärmespeicher 5 wird der zweite Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf 6 geführt, welcher an die andere Seite des Wärmetauschers 4 angeschlossen ist: Die Wärmeübertragungsflüssigkeit dieses zweiten Kreislaufs 6 nimmt die Wärme aus dem Wärmespeicher 5 ab, und gibt diese mittels des Wärmetauschers 4 an den ersten Kreislauf 3 ab.
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Die externe Wärmequelle ist in dieser technischen Lösung das System der Wärmepumpe 7 in der Flüssigkeit-Flüssigkeit-Ausführung, des Kühlwärmetauschers 32 und der Niedertemperatur-Wärmequelle 10, wann die Wärmepumpe 7 durch den fünften Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf 31 mit dem Kühlwärmetauscher 32 verbunden ist. Der Kühlwärmetauscher 32 nimmt die durch die Niedertemperatur-Wärmequelle 10 erzeugte Wärme auf, und gibt diese Niedertemperatur-Wärme mittels des fünften Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislaufs 31 an die Wärmepumpe 7 ab, welche sie in die Wärme mit höheren Temperaturen transformiert. Die Wärmepumpe 7 ist durch ihren Hochtemperatur-Austritt 8 der Wärmeübertragungsflüssigkeit mit dem Eintritt 25 der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Wärmespeicher 5 verbunden. Der Austritt 25' der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus dem Wärmespeicher 5 ist über die Umwälzpumpe 17 mit dem Eintritt 8' der Wärmeübertragungsflüssigkeit in die Wärmepumpe 7 verbunden. Die Verbindung der Wärmepumpe 7 mit dem Wärmespeicher 5 bildet den dritten Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf 9. Die Niedertemperatur-Wärmequelle 10 sind nach dieser technischen Lösung die elektronischen Bauteile und/oder bei ihrem üblichen Betrieb wärmestrahlenden Geräte. Die Anlage 1 schließt weiter die Steuereinheit 11 für die Steuerung der einzelnen Teile der Anlage 1 ein.
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Der Verbrennungsmotor 2 wird nach dieser technischen Lösung mit Flüssigkeit gekühlt. Der Wärmetauscher 4 hat zwei Teile 12, 12', den Hochdruck- 12 und Niederdruckteil 12', welche durch die Wärmeübertragungstrennwand 13 voneinander getrennt sind. Diese Konstruktion ermöglicht, zwei Flüssigkeitssysteme, in denen unterschiedliche Arbeitsdrücke sind, sicher voneinander zu trennen, und dabei über die Wärmeübertragungstrennwand 13 ohne Beschränkung die notwendige Wärme zu übertragen. Der Austritt 14 der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus dem Kühlkreislauf 29 des Mantels des Motors 2 ist an den Eintritt 16 der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Hochdruckteil 12 des Wärmetauschers 4 angeschlossen. Der Austritt 16' der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus dem Hochdruckteil 12 des Wärmetauschers 4 ist über die Umwälzpumpe 17 an den Eintritt 14' der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Kühlkreislauf 29 des Mantels des Motors 2 angeschlossen. Die Verbindung des Kühlkreislaufs 29 des Mantels des Motors 2 mit dem Hochdruckteil 12 des Wärmetauschers 4 bildet den ersten Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf 3.
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Der Wärmespeicher 5 ist zweistufig und er ermöglicht, zwei verschiedene Ausgangstemperaturbereiche in zwei getrennten Wärmespiralen 18, 18' zu erzeugen. Die Niedertemperatur-Spirale 18, welche niedrigere Temperaturen erzeugt, ist im unteren Teil des Wärmespeichers 5 angeordnet. Der Austritt 20 der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus der Niedertemperatur-Spirale 18 ist an den Eintritt 21 der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Wärmestrahler 22 angeschlossen. Diese Wärme mit der niedrigeren Temperatur wird in dieser günstigen Ausführung zur Beheizung der Räume genutzt, wo der Ersatzstromgenerator 26 mit dem Verbrennungsmotor 2 platziert sind, und sie kann auch zur Beheizung der Räume, wo der Kraftstoff für den Verbrennungsmotor gelagert wird, ausgenutzt werden. Der Austritt 21' der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus dem Wärmestrahler 22 ist über die Umwälzpumpe 17 an den Eintritt 20' der Wärmeübertragungsflüssigkeit in die Niedertemperatur-Spirale 18 im unteren Teil des Wärmespeichers 5 zurück angeschlossen. Die Verbindung der Niedertemperatur-Spirale 18 und des Wärmestrahlers 22 bildet den vierten Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf 23.
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Die Hochtemperatur-Spirale 18' ist im oberen Teil des Wärmespeichers 5 angeordnet. Der Austritt 19 der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus der Hochtemperatur-Spirale 18' ist an den Eintritt 24 der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Niederdruckteil 12' des Wärmetauschers 4 angeschlossen. Der Austritt 24' der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus dem Niederdruckteil 12' des Wärmetauschers 4 ist über die Umwälzpumpe 17 an den Eintritt 19 der Wärmeübertragungsflüssigkeit in die Hochtemperatur-Spirale 18' zurück angeschlossen. Die Verbindung der Hochtemperatur-Spirale 18' mit dem Niederdruckteil 12' des Wärmespeichers 4 bildet den zweiten Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf 6.
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Das in der Wärmepumpe 7 verwendete Kühlmittel ist das Kohlendioxid. Diese Konstruktion ermöglicht, mit der Wärmepumpe 7 die Wärme mit höheren Temperaturen zu erzeugen, welche auch aus Niedertemperatur-Wärmequellen 10 gewonnen werden kann.
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Der Stromgenerator 26 ist die Stromerzeugungsanlage mit dem Verbrennungsmotor 2 mit dem externen Kühlsystem 27. Der Austritt 14 der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus dem Kühlkreislauf 29 des Mantels des Motors 2 wird über das Dreiwegregelventil 28 in den Kühler 15 des Motors 2 und/oder an den Eintritt 16 der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Hochdruckteil 12 des Wärmetauschers 4 verteilt. Das Durchflussregime der Wärmeübertragungsflüssigkeit wird vom Regime der Funktion des Motors 2, und von der Stufe seiner Erwärmung abhängig sein. Im Falle der Erwärmung des Motors 2 auf volle Betriebstemperatur wird die Wärmeübertragungsflüssigkeit mittels des Dreiwegregelventils 28 in den Kühler 15 des Motors 2 weiter gerichtet. Beim ausgeschalteten Motor 2 wird dieser von der Ersatzstromanlage 1 erwärmt, und beim eingeschalteten Motor 2 wird der Motor 2 im Gegenteil gekühlt. Der Austritt 16' der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus dem Hochdruckteil 12 des Wärmetauschers 4 und/oder aus dem Kühler 15 wird nach dieser technischen Lösung über die im Dauerbetrieb befindliche Umwälzpumpe 17, um die Motorblocktemperatur dauernd zu überwachen und seine Temperatur auf der minimalen Start-Solltemperatur zu halten, auf den Eintritt 14' der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Kühlkreislauf 29 des Mantels des Motors 2 zurückgeführt. Die Messung erfolgt mittels des Temperaturfühlers 30 des zweiten Kreislaufs 6 und des Temperaturfühlers 30 des externen Kühlsystems 27. Während dieses Zustandes hält die Steuereinheit 11 die Blocktemperatur des Motors 2 auf dem Wert, bei dem das Dreiwegregelventil 28 den Durchfluss der Wärmeübertragungsflüssigkeit nur im Rahmen des ersten Kreislaufs 3 erhält, und den Durchfluss der Wärmeübertragungsflüssigkeit in der Richtung zum Kühler 15 nicht öffnet.
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Nach der ist die Steuereinheit 11 elektrisch und datenmäßig mit dem im externen Kühlsystem 27 des Motors 2 geschalteten Temperaturfühler 30, dem im ersten Kreislauf 3 geschalteten Temperaturfühler 30 und dem Temperaturfühler 30 und der Umwälzpumpe 17, welche im zweiten Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf 6 geschaltet sind, verbunden. Diese Verbindung stellt die Abtastung und Auswertung der Temperaturparameter des ersten Kreislaufs 3 und die Steuerung des Kühl- und Erwärmungszyklus des Verbrennungsmotors 2 in der Abhängigkeit von Klimabedingungen und dem Betriebszustand des Motors 2 sicher. Gleichzeitig ist die Steuereinheit 11 elektrisch und datenmäßig mit dem Temperaturfühler 30 und der Umwälzpumpe 17 des zweiten Kreislaufs 6 mit der Umwälzpumpe 17 des vierten Kreislaufs 23, dem Wärmespeicher 5, dem Wärmestrahler 22 und dem Temperaturfühler 30 des Wärmespeichers 5 verbunden. Diese Schaltung stellt die Wärmeaustauschkontrolle und -steuerung zwischen dem Wärmespeicher 5 und dem Wärmetauscher 4 und dem Wärmespeicher 5 und Wärmestrahler 22 sicher. Die Steuereinheit 11 ist weiter elektrisch und datenmäßig auch mit dem Temperaturfühler 30 und der Umwälzpumpe 17 des dritten Kreislaufs 9 und mit der Wärmepumpe 7, für den Wärmeaustausch zwischen der Wärmepumpe 7 und dem Wärmespeicher 5 verbunden. In dem Falle, wenn der Motor 2 im Betrieb ist, sind alle von der Steuereinheit 11 gesteuerten Prozesse in Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreisläufen 6, 9 und 23 gestoppt.
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Verwendbarkeit in der Industrie
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Die technische Lösung kann im Bereich der Energiewirtschaft, der Informationstechnologien und der Krisensteuerung bei der Sicherstellung der strategischen und sonst wichtigen elektronischen Zentren verwendet werden, welche für den Fall der Stromausfälle in der Hauptstromleitung von Ersatzstromanlagen, für den längerfristigen Betrieb, wann der Ersatzstromgenerator durch den Verbrennungsmotor angetrieben ist, versorgt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anlage zur Vorwärmung der Motoren
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- Erster Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf
- 4
- Wärmetauscher
- 5
- Wärmespeicher
- 6
- Zweiter Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf
- 7
- Wärmepumpe
- 8
- Hochtemperatur-Austritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus der Wärmepumpe
- 8'
- Eintritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit in die Wärmepumpe
- 9
- Dritter Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf
- 10
- Niedertemperatur-Wärmequelle
- 11
- Steuereinheit
- 12
- Wärmetauscher-Hochdruckteil
- 12'
- Wärmetauscher-Niederdruckteil
- 13
- Wärmeübertragungstrennwand
- 14
- Austritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus dem Motormantel-Kühlkreislauf
- 14'
- Eintritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Motormantel-Kühlkreislauf
- 15
- Kühler
- 16
- Eintritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Wärmetauscher-Hochdruckteil
- 16'
- Austritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus dem Wärmetauscher-Hochdruckteil
- 17
- Umwälzpumpe
- 18
- Niedertemperatur-Spirale
- 18'
- Hochtemperatur-Spirale
- 19
- Austritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus der Hochtemperatur-Spirale
- 19'
- Eintritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit in die Hochtemperatur-Spirale
- 20
- Austritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus der Niedertemperatur-Spirale
- 20'
- Eintritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit in die Niedertemperatur-Spirale
- 21
- Eintritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Wärmestrahler
- 21'
- Austritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus dem Wärmestrahler
- 22
- Wärmestrahler
- 23
- Vierter Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf
- 24
- Eintritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Wärmetauscher-Niederdruckteil
- 24'
- Austritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus dem Wärmetauscher-Niederdruckteil
- 25
- Eintritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Wärmespeicher
- 25'
- Austritt der Wärmeübertragungsflüssigkeit aus dem Wärmespeicher
- 26
- Stromgenerator
- 27
- Externes Verbrennungsmotor-Kühlsystem
- 28
- Dreiwegregelventil
- 29
- Motormantel-Kühlkreislauf
- 30
- Temperaturfühler
- 31
- Fünfter Wärmeübertragungsflüssigkeits-Kreislauf
- 32
- Kühlwärmetauscher
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20040134533 [0004]
- CN 105114229 [0006]
- EP 2567083 [0007]
- GB 2478811 [0010]
