NO872849L - Apparat til generering av varme og elektrisitet. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår anordninger og teknikk til generering av termisk energi (varme) og elektrisk energi, og mer bestemt anordninger og fremgangsmåter som er innrettet til å levere varme og elektrisitet til bygninger og lignende, sammen med varme og elektrisitet som normalt leveres av offentlige institusjoner. Særlig angår foreliggende oppfinnelse en forbedret anordning til samtidig generering av varme og elektrisk energi til en bygning eller lignende, der man får vesentlig forbedrede virkningsgrader og forbedret driftsøkonomi, samtidig med at man kan levere maksimal elektrisk energi i perioder da energilevering fra offentlige institusjoner svikter.

Anordninger som er beregnet på å generere både varme og elektrisitet er velkjent fra tidligere. Noen eksempler på slike anordninger er beskrevet i US-PS 1.552.661, 1.761.849, 2.051.240 og 4.164.660. I disse patenter er det beskrevet enheter for samtidig generering av varme og elektrisitet, omfattende et sentraltkraftanlegg som hovedsaklig består av en forbrenningsmotor drevet med diesel eller annen type brendsel. Spillvarme fra det sentrale kraftanlegg benyttes til å varme vann for oppvarmingsformål, og kraftytelsen fra anlegget er beregnet på å drive en generator som frembringer elektrisitet. US-PS 2.130.606 viser en tilsvarende type system som er spesielt beregnet på å varme opp eller kjøle en . bolig, samtidig med at det produseres elektrisitet for boligen. Termisk energi blir avledet fra et kjølemiddel som strømmer gjennom en sentral kraftenhet og trekker varme fra denne, såvel som fra de varme avtrekksgasser som frembringes av den sentrale kraftenhet. US-PS 4.065.055 og 4.264.826 beskriver systemer for samtidig generering av varme og elektrisitet der det benyttes avtrekksgasser for oppvarmings-og kjøleformål. Sluttelig beskriver US-PS 2.637.305 en tilsvarende type system for samtidig generering av strøm og varme, der kjølemiddelet først føres gjennom motoren for å ta opp varme og blir videre oppvarmet av de varme avtrekksgasser fra motoren i et varmeutvekslersystem. Varmen som da holdes 1 kjølemiddelet blir så utnyttet til oppvarmingsformål.

Et forhold her er at det er felles for de ovenfor omhandlede tidligere kjente systemer for samtidig generering at forbrennlngsmotoren eller at en annen enhet som benyttes som kraftkilde til drift av en elektrisk generator, må arbeide med en hastighet som er konstant. Dette krav om konstant hastighet for et vanlig generatorsett, krever at kraftkilden som i almindelighet er en forbrenningsmotor også med å arbeide med konstant hastighet. Dette er meget lite effektivt, siden ytelsen for en motor da blir begrenset til en brøkdel av dens samlede yteevne og virkningsgraden for enheten faller dramatisk når motoren arbeider ved redusert belastning. Siden det er umulig å variere motorens hastighet som resultat av varierende termiske belastninger, uten at utgangsfrekvensen for generatoren og dermed den elektriske ytelse, er dette en alvorlig ulempe i alle de ovenfor nevnte tidligere kjente systemer.

Som en følge av dette, er det en hensikt med foreliggende oppfinnelse å komme frem til en anordning og en fremgangsmåte til generering både av varmeenergi og elektrisk energi.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å komme frem til en anordning for samtidig generering, beregnet på å tilføre både varme og elektrisitet til en bygning eller lignende i samvirkning med den varme og elektrisitet som leveres bygningen fra offentlige kilder.

Nok en hensikt med foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en anordning og en fremgangsmåte til generering av både varmeenergi og elektrisk energi for en bygning, der anordningen og fremgangsmåten har høy virkningsgrad og er økonomisk .

Dessuten er det en hensikt med oppfinnelsen å komme frem til en anordning og en fremgangsmåte til generering av varmeenergi og elektrisk energi på grunnlag av varmebelastninger og elektriske belastninger som påtrykkes, der ytelsen av varmeenergi kan varieres uavhengig av den elektriske energi-ytelse.

En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å komme frem til en anordning og en fremgangsmåte til generering av elektrisitet og varme for en bygning i samarbeid med elektrisitet og varme som leveres til denne fra offentlige kilder, der den elektriske ytelse fra anordningen automatisk bringes"opp på et maksimum når den elektrisitet som er tilgjengelig fra offentlige kilder blir vesentlig redusert på grunn av kraftmangel, uansett den termiske belastning.

For å oppfylle de foregående og andre hensikter, er man i henhold til oppfinnelsen kommet frem til en anordning for generering av varmeenergiytelser og elektriske energiytelser i overensstemmelse med de termiske belastningskrav og elektriske belastningskrav som stilles. Anordningen innbefatter en kraftkilde med variabel hastighet og en mekanisme for overføring av varmeenergi fra kraftkilden til et kjøleflui-dum. Det er også tilveiebragt en generator som drives av kraftkilden for å produsere elektrisk energi til den elektriske belastning. Utgangsfrekvensen for generatoren er uavhengig av hastigheten på kraftkilden. Det finnes også en mekanisme som tar ut den termiske energi fra kjølefluidet og leder dette til den termiske belastning. Sluttelig finnes det en anordning for overvåkning av belastningene og for regulering av de termiske og elektriske ytelser i overensstemmelse med belastningene ved uavhengig regulering av hastigheten på kraftkilden og utgangsfrekvensen fra generatoren, for å gi de ønskede termiske og elektriske energiytelser .

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til tegningene der: Figur 1 skjematisk viser en anordning utført i henhold til oppfinnelsen,

figur 2 er en kurve som viser ytelse i forhold til rotasjonshastighet for en typisk forbrenningsmotordrevet generatorenhet,

figur 3 er en kurve som viser kontinuerlig kraftytelse i forhold til rotasjonshastighet for en forbrenningsmotordrevet generatorenhet,

figur 4 er en kurve som viser varmeavgangen fra en forbrenningsmotor til dens kjølemiddel og ekshaust i forhold til rotasjonshastighet,

figur 5 er en kurve som viser kraftytelse i forhold til varmeavgang fra en forbrenningsmotordrevet generatorenhet og fåes ved å sette sammen opptegningene som er vist på figurene 3 og 4,

figur 6 er en kurve som viser konstant rotasjonshastighet for en forbrenningsmotordrevet generatorenhet ved varierende kraftytelser sett i forhold til varmeavgangsmønsteret og

figur 7 er en kurve som er så godt som identisk med figur 6, men den viser et arbeidsområde for varmekraft og elektriske kraftytelser i henhold til oppfinnelsen som er mekanisk og økonomisk gjennomførbart.

På figur 1 er det vist en anordning 10 for samtidig generering av varme og elektrisitet. Anordningen 10 innbefatter en drivkraftkilde 12 som i den foretrukne utførelsesform er en f orbrenningsmotor av vanlig utførelse med variabel hastighet. Drivkraftkilden kan være drevet med diesel, bensin eller et hvilket som helst annet vanlig brendsel. En elektrisk vekselstrømgenerator 14 er innrettet til å bli drevet av motoren 12. I den foretrukne utførelsesform er generatoren 14 en generator som skal ha fast rotasjonshastighet og er innrettet til å opprettholde en maksimum frekvens på den elektriske strøm på 60 perioder. Generatoren 14 er innrettet til å levere den elektriske energi ved utgangen 15 for anordningen 10, og for dette formål kan en hvilken som helst typegenerator 14 benyttes, så lenge den kan passe til de øvrige deler av anordningen 10 som forklart i detalj i det følgende. En frekvensstyremotor 16 er også anbragt i tilknytning til generatoren 14 for å justere frekvensen fra denne, noe som også beskrives mer i detalj i det følgende.

Varmeytelsen 17 fra anordningen 10 fåes med den varme som motoren 12 avgir. For å optimalisere varmeytelsen, blir varme både fra motorblokken og fra ekshaustgassene samlet og ført til den termiske belastning som anordningen 10 skal betjene. I den viste utførelsesform fører en kjølefluidum-ledning 18 til motoren 12. Når et kjølefluidum passerer gjennom motoren 12, vil varmeenergi overføres til denne og bli ført gjennom utløpsledningen 20 til en foreløpig varmeutveksler 22. Ekshaustgassene fra motoren 12 samles og føres gjennom et ekshaustutløp 24 til varmeutveksleren 22. Ekshaustgassene passerer gjennom varmeutveksleren 22 og mer bestemt gjennom varmeutvekslerrør 26, og blir deretter ledet ut av systemet gjennom avtrekksrøret 28. Kjølefluidet kommer inn i varmeutveksleren 22 fra motoren 12, strømmer rundt røret 26 og mottar ytterligere varme fra ekshaustgassene som passerer gjennom røret 26. Kjølefluidet ledes så ut fra varmeutveksleren 22 gjennom et utløpsrør 30 fra varmeutveksleren og føres til en primær varmeutveksler 32.

I den foretrukne utførelsesform blir varmeenergiytelsen 17 fra anordningen ledet til en bygning eller lignende gjennom et varmtvannsutløp 34. Vann er her benyttet som eksempel, men det skal påpekes at et hvilket som helst annet egnet fluidum kan benyttes for å føre frem varmeenergien. Straks bygningen har trukket ut eller brukt varmeenergien som føres frem til den fra utløpet 34, blir det kjølte vann ført tilbake til den primære varmeutveksler 32 gjennom et innløp 36. Det kjølte vann fra bygningen (eller sekundære fluidum) passerer gjennom varmeutveksleren 32 gjennom en rørledning 38. På denne måte vil varmeenergi fra det oppvarmede kjølefluidum som kommer inn i varmeutveksleren 32 bli overført fra vannet fra bygningen eller det sekundære vann i rørledningen 38, slik at varmt vann kan føres ut ved utløpet 34. Straks kjølefluidet har passert hele lengden av varmeutveksleren 32 og har avgitt sin varmeenergi til vannet som befinner seg i rørledningen 38, blir det ledet tilbake til innløpsledningen 18, slik at det dannes et lukket sløyfesy-stem for kjølefluidet. Varmeenergien som avgis av den samlede anordning 10 til varmebelastningen drar fordel av alle de termiske varmekilder som befinner seg i anordningen 10. Dette betyr at varmeenergi som kan fåes fra eventuelle gearkasser såvel som fra motorolje, også blir tatt opp av kjølefluidet i motorhuset 12.

Et egenartet trekk ved foreliggende oppfinnelse er mekanismen 40 som benyttes for å koble motoren 12 til generatoren 14 og som gjør det mulig å regulere hastigheten på inotoren 12 uten å variere utgangen fra generatoren 14. Mekanismen 40 danner således en anordning med variabel hastighetsinngang og en konstant hastighetsutgang. Dette gjør det mulig å ha større utgangsenergi til rådighet og/eller forbedret virkningsgrad for anordningen 10 ved delbelastning. Mekanismen 40 kan være en hvilken som helst av flere elektriske og/eller mekaniske anordninger som muliggjør en variabel hastighetsinngang og en utgang med konstant frekvens. Eksempler på slike mulige mekanismer innbefatter tannhjulssett med variabel hastig-hetsdrift, likestrøm motorgeneratorer med vekselstrømomfor-mere og viklede rotorindukjsons- generatorer eller såkalte universaltransformatorer. Selv om det endelige valg som gjelder hvilke av disse anordninger er best egnet for en bestemt anvendelse kan gjøres etter en sammenlignende analyse av anskaffelsesomkostninger og driftsomkostninger for hver enkelt, er én av de foretrukne mekanismer 40 som er vist på figur 1 episyklisk tannhjulssett 42.

Med tannhjulsettet 42 kan hastigheten på motoren 12 varieres slik at den gir en inngang med variabel hastighet. Imidlertid er tannhjulsettet 42 innrettet til å skape en konstant hastighetsutgang på akselen 44 for å drive generatoren 14 med en konstant hastighet. Dermed kan motorhastigheten 12 variere alt etter de termiske energibehov, idet tannhjulsettet 42 automatisk justerer utvekslingen slik at det fremkommer en konstant utgangshastighet ved generatoren 14. Dette skyldes det faktum at den nødvendige rotasjonshastighet på generatoren 14 i typiske tilfeller kan beregnes på grunnlag av den følgende ligning (1):

Dermed skal en typisk firepolet generator ha en konstant inngangshastighet på 1.800 omdreininger pr. minutt for å holde en konstant frekvens på 60 perioder. Ved bruk av det episykliske tannhjulsett 42 kan dette opprettholdes samtidig med variasjon av hastigheten på motoren 12. Tannhjulsettet 42 er også koblet til frekvensstyremotoren 16, slik at det blir mulig å justere frekvensen for generatoren 14 i overensstemmelse med elektriske belastnigner som legges på anordningen 10 fra bygningen, uten at dette virker inn på eller krever forandringer i motorens 12 hastighet. Når mindre enn en maksimal elektrisk ytelse kreves fra generatoren 14, kan således generatorens 14 elektriske utgang reduseres i overensstemmelse med den elektriske belastning, uavhengig av bygningens varmebehov. Når bygningens varmebehov øker eller avtar, kan likeledes motorens hastighet økes eller reduseres tilsvarende for å avgi mer eller mindre varme, mens man bibeholder den ønskede elektriske ytelse det er behov for opp til generatorens 14 maksimum.

For enheten finnes det et overvåknings og styresystem 50 for overvåkning av de termiske og elektriske belastninger som pålegges anordningen 10, såvel som til styring av de termiske og elektriske ytelser fra anordningen 10 i overensstemmelse med de belastningskrav som overvåkes. Styresystemet 50 må overvåke begge belastninger og regulere hastigheten på motoren 12 for å tilfredsstille den elektriske belastning, mens man så nær som mulig tilfredsstiller også de termiske belastningskrav. Samtidig må systemet overvåke omkostningene ved denne fortsatte drift, og bestemme når det er økonomisk ønskelig å stanse driften av anordningen 10 og ta den nødvendige varme og elektrisitet fra andre kilder. Hvis for eksempel anordningen 10 benyttes for å gi varme og elektrisitet til en bygning, vil denne også ha tilførsel av varme og elektrisitet fra det offentlige nett. Styresystemet 50 må utføre de økonomiske betraktninger som er nødvendige og bestemme i hvilken grad bygningens behov for varme og elektrisitet skal tilfredsstilles av utenforliggende kilder og/eller av anordingen 10. Sluttelig vil overvåkningssy-stemet 50 kontinuerlig overvåke den innkommende spenning fra det offentlige nett og automatisk starte opp anordningen 10 for å gi maksimal elektrisk ytelse uansett varmebehovet bygningen har i tilfelle det skjer en svikt i krafttilførs-elen som i vesentlig grad reduserer eller helt bryter elektrisitetstilførselen fra de offentlige kilder.

Elektrisk behov er den parameter som har høyest prioritet i overvåknings-og styresystemet 50. For å unngå et komplisert system med anordninger for utkobling av belastninger, er generatoranordningen 10 beregnet slik at den er istand til å tilfredsstille de maksimale elektriske belastninger i bygningen der den er installert eller del av bygningens elektriske belastning som får krafttilførsel fra genere-ringsanordningen 10. Selv om den elektriske belastning i bygningen der anordningen 10 er installert kan overvåkes med i og for seg vanlige midler, er det fordelaktig at styresystemet 50 overvåker elektrisitetsbehovet og bygningens belastning direkte ved hjelp av en vanlig transduktor.

Styresystemet 50 overvåker også varmebehovet i bygningen ved å måle forandringer i temperaturen i bygningens sekundære kjølevann fra det punkt der det forlater anordningen 10 ved utløpet 34 til det punkt der vannet kommer tilbake til anordningen 10 ved innløpet 36. Jo større bygningens varmebehov er, desto større vil temperaturforskjellen være mellom det vann som forlater røret 34 og kommer tilbake ved røret 36. Dette varmebehov kan være i form av oppvarming av bygningen under vintermånedene eller kjøling av bygningen med et klimaanlegg under sommermånedene. Styreledninger 52, 54 er vist og benyttet til overvåkning av bygningens varmebehov. Styresystemet 50 regulerer likeledes brendseltilførselen til motoren 12 ved hjelp av en gassmåler eller væskemåler (ikke vist) etter behov. Omkostningene for elektrisitet og varme utenfra fra offentlige kilder såvel som omkostningene ved det brendsel som motoren 12 forbruker, blir matet inn i hukom-melsen for styresystemet 50. Dette kan gjøres ved vanlige anordninger og fortrinnsvis med standard mikrobrikke teknik-ker. Denne informasjon blir benyttet i beregninger som utføres av styresystemet 50 som forklart mer i detalj i det følgende.

Styresystemet 50 Innbefatter også ledninger 56 som fører til motoren 12 for å styre dennes hastighet og ledninger 58, 60 og 62 som fører til frekvensregulerlngsmotoren 16 og generatoren 14, for å styre den elektriske ytelse fra anordningen 10.

Under anordningens 10 normale drift overvåker styresystemet 50 tidspunktet for når behovet for elektrisk kraft for en bygning som anordningen 10 er installert i kommer opp på en på forhånd bestemt verdi. Styresystemet 50 sender da et signal som skal låse frekvensens styremotor 16, starte opp motoren 12 og drive denne opp til synkron generatorhastighet. Systemet fullfører så en oppvarmningssyklus. Styresystemet 50 overvåker også den termiske belastning og varierer omdreiningstallet for motoren 12, samtidig med at behovet for elektrisk energi tilfredsstilles. Styresystemet 50 velger den motorhastighet 12 som best passer til den elektriske belastning og varmebelastningen. Styremotoren 16 for frekvens øker i hastighet eller reduserer hastighet, alt etter hva som er nødvendig for at generatoren 14 skal få en frekvens på 60 perioder. Styresystemet 50 overvåker også kontinuerlig den innkommende spenning fra utenforliggende offentlige kilder. Hvis et spenningsfall finner sted og dermed signa-liserer et betydelig fall i den elektriske energi som er tilgjengelig fra offentlige kilder, for eksempel ved strøm-brudd, vil styresystemet 50 automatisk regulere anordningen 10 opp til maksimal elektrisk ytelse, mens varme kan ledes vekk til omgivelsene om nødvendig, avhengig av bygningens varmebehov. Nøkkelen til dette reguleringsprogram er at varmebehovene til bygningen blir ignorert sammen med andre foretrukne økonomiske driftsverdler når man befinner seg i slike nødtilstander.

Det skal nu vises til figurene 2 -7, der kurven 60 på figur 2 viser kraftytelsen i forhold til rotasjonshastighet for en typisk forbrenningsmotor 12. Hvis motoren 12 var koblet direkte til generatoren 14, slik tilfellet er i mange tidligere kjente utførelser, blir motoren 12 begrenset til en fast hastighet som er nødvendig for å drive generatoren 14 med en konstant hastighet. Dermed vil ytelsen fra motoren 12 bli begrenset til den maksimale kapasitet denne motor har ved den bestemte hastighet som er valgt. Det tilgjengelige kraftområde ved denne hastighet kan for eksempel være som vist på figur 2 med linjen A-B. Under slike forhold vil ytelsen ikke bare være begrenset til en brøkdel av motorens toppytelse, men motorens virkningsgrad faller dramatisk når motoren arbeider med redusert belastning. Den mulighet foreliggende oppfinnelse byr på til å variere motorens hastighet uten å forandre utgangsfrekvensen fra generatoren 14, fører til en betydelig økning i den ytelse som står til rådighet og/eller forbedret virkningsgrad ved delbelastning.

Etter det som her er forklart fremgår det at det alltid er ønskelig å drive motoren 12 så nær som mulig opp til dens normalytelse ved en gitt hastighet, for derved å bringe virkningsgraden opp så høyt som mulig og redusere driftsom-kostningene for motoren 12. Figur 3 gjengir en kurve 62 som viser kontinuerlig normalytelse i forhold til rotasjonshastighet for motoren 12, koblet direkte til en generator. Som man ser vil utgangsytelsen falle til null, mens rotorhastig-heten fremdeles er positiv. Dette skyldes den kraft som er nødvendig i motoren 12 for å overvinne dens egne innvendige friksjonstap. På samme måte er figur 4 en typisk kurve 64 for varmeavgivning fra motoren 12 både til kjølemiddel og ekshaust, sett i forhold til rotasjonshastighet for motoren 12. Hvis figur 3 og 4 settes sammen til en eneste kurve, blir resultatet den kurve 65 som er gjengitt på figur 5 og som viser forholdet mellom kraftytelse og varmeavgivning ved forskjellige hastigheter for motoren 12 som er koblet til generatoren 14.

I ideelle situasjoner vil varmebelastningene og de elektriske belastninger som ligger på anordningen 10 alltid følge langs den sammenhengende kurve 65 på figur 5. I praksis er imidlertid dette ikke tilfelle. Når man for eksempel har en vinternatt der anordningen 10 leverer varme og elektrisitet til en bygning, vil varmebelastningen som skapes av bygningens behov være på en toppverdi, mens den elektriske belastning vil være meget lav. Under disse forhold vil varmebelastningen og den elektriske belastningen for bygningen ligge et eller annet sted i området ved punktet A. Dette punkt er helt tydelig langt fra den sammenhengende kurve 65. Dette betyr at motoren 12 må arbeide ved en høyere hastighet, men ved redusert belastning. Opptegning av linjer for konstant hastighet ved forskjellige varmebelastninger og elektriske belastninger fører til de kurver som er vist på figur 6. Denne grafiske fremstilling gjengir motorhastighet (linjene X-6X) ved enhver gitt elektrisk belastning og varmebelast-ning, mens man antar i forbindelse med den grafiske fremstilling som er vist på figur 6, at den maksimale elektriske ytelse generatoren 14 er istand til, representeres av 5y. Ved anvendelse av en grafisk fremstilling av den type som er vist på figur 6, er det mulig å velge den rette driftshas-tighet når som helst den elektriske belastning og varmebelastningen er kjent. Det er klart at behovene for elektrisitet og varme må falle innenfor yteevnen for motoren 12 og generatoren 14, og dette er representert av det området som omsluttes av linjene R-S, S-T og T-R. Disse tre linjer angir varme-og elektrisitetsytelsene for motoren 12 og generatoren 14.

Selv om et hvilket som helst punkt i flaten R-S-T-R som er definert ovenfor i forbindelse med figur 6 kan være mulig, vil anordningen 10 ikke kunne arbeide økonomisk ved mange av disse punkter. Dette skyldes det faktum at anordningen 10 til frembringelse av både varme og elektrisitet må dra fordel av både den elektriske ytelse og varmeytelsen for å komme opp på de økonomi verdi er som man oppnår ved offentlige anlegg som leverer elektrisitet til bygningen, både til oppvarming og andre belastninger. Punktene R og S for eksempel er ikke ønskelige arbeidspunkter for anordningen 10, siden det ikke frembringes noe elektrisitet og det er meget lite effektivt å la motoren 12 være i drift bare for å gjenvinne varme fra denne for å tilfredsstille bygningens varmebehov. Det er derfor nødvendig å innbygge en begrensning i styresystemet 50 som tar hensyn til økonomien ved bruken av anordningen 10. En slik begrensning må innbefatte krav til og verdien av elektrisitet, varme og brendsel, såvel som andre faktorer som tar hensyn til kapitalutlegg, driftsomkostninger og omkost-ninger til vedlikehold av anordningen 10. En omkostnings-fordelsberegning setter styresystemet 50 istand til å bestemme om fortsatt drift av anordningen 100 er økonomisk ønskelig eller ikke. Denne beregning gjøres med den følgende ligning (2):

I ligning (2) ovenfor er kW den elektriske belastning på anordningen til samtidig frembringelse av varme og elektrisitet, målt i kilowatt; CkW er omkostningene for elektrisitet fra offentlige kilder i kroner pr. kilowatt-time; J er varmebelastningen på anordningen 10 i joule pr. time; CJ er omkostningene for varme til bygningen fra andre kilder så som elektrisitet, olje eller naturgass, innbefattende de lave virkningsgrader man står overfor ved omforming av brendselet til nyttig varmeenergi i kroner pr. joule; F er brendsel-strømmen til motoren 12 for anordningen 10, målt i liter pr. time eller i joule pr. time, alt etter motorens 12 type og type av brendsel det er tale om og CF er omkostningene for anordningens brendselforbruk i kroner pr. liter eller joule, mens K er en konstant som er større enn 1,0 og san tar hensyn til pengeverdi, slitasje på anordningen 10, vedlikehold og enhver annen faktor som innvirker på økonomien ved driften av anordningen 10. Det er klart at om K øker, vil dette ytterligere begrense driften av anordningen 10 til samtidig frembringelse av varme og elektrisitet og derved redusere hyppigheten av bruken av anordningen og varigheten ved hvergangs bruk.

Innfører man de økonomiske begrensninger som representeres av ligning (2) på figur 6, får man den grafiske fremstilling som er gjengitt på figur 7. Egentlig er den grafiske fremstilling på figur 7 identisk med figur 6, bortsett fra tilføyelse av linjén U-V, som representerer den ovennevnte økonomiske begrensning. Det skraverte område som ligger innenfor linjene U-V, V-T og T-U, angir arbeidsområdet som både er mekanisk og økonomisk utnyttbart for anordningen 10. Når styresystemet 50 under normal drift av anordningen 10 over våker behovene for varme og elektrisitet som anordningen 10 skal tilfredsstille, og finner at de ligger innenfor det skraverte området på figur 7, vil anordningen 10 til samtidig frembringelse av varme og elektrisitet, settes i drift for å tilfredsstille de nevnte energibehov ved å variere hastigheten på motoren 12 og den elektriske ytelse fra generatoren 14 uavhengig av hverandre. Skulle imidlertid styresystemet 50 finne at varme og/eller elektrisitetsbehovene faller utenfor det skraverte området på figur 7, vil anordningen 10 ikke bli satt i drift.

Som nevnt tidligere, overvåker styresystemet 50 også den elektriske spenning på kraft fra offentlige kilder til bygningen der anordningen 10 er installert. I en situasjon der man har strømbrudd eller overslag, vil spenningen fra det offentlige strømnett falle betydelig eller bli null. Under slike forhold er styresystemet 50 beregnet på å avføle dette betydelige spenningstall og å sørge for oppstarting av anordningen 10. Anordningen 10 bringes så opp til driftstil-stand for å tilfredsstille bygningens elektriske behov eller for i det minste å frembringe den maksimale elektriske ytelse som står til rådighet fra anordningen 10. De økonomiske begrensninger og varmebegrensninger som er knyttet til driften av anordningen 10, blir da satt til side i denne nødsituasjon, hvis de da ikke passer sammen med behovet for elektrisitet. Når man har et strømbrudd, vil med andre ord styresystemet 50 ignorere de vanlige begrensninger når det gjelder varme og økonomi, og regulere motorens hastighet slik at man tilfredsstiller behovet for elektrisitet ved anordningens kontinuerlige ytelse, hvis ikke punktet for både varmebegrensninger og økonomiske begrensninger ligger innenfor det skraverte område som er gjengitt på figur 7. Dette betyr at anordningen 10 vil arbeide lite effektivt og til og med kan slippe varme ut i den omgivende luft om nødvendig, for å levere elektrisitet til bygningen i en slik nødsituasjon.

Skulle bruddet i strømtilførselen finne sted mens anordningen 10 allerede er i normal drift, vil styresystemet 50 overvåke dette og hindre anordningen 10 i å koble tilbake til offentlig kraft uten hensyn til de økonomiske begrensninger og varmebegrensningene. Alt etter anordningen for konstant hastighetsinngang eller konstant frekvensutgang, som er valgt for anvendelse sammen med anordningen 10, kan det være nødvendig å fastlegge motorens 12 hastighet slik at den svarer til generatorens synkronhastighet for å opprettholde en konstant frekvens hvis referansesignalet fra strømnettet forsvinner.

Av det som er gjengitt ovenfor, ser man at foreliggende oppfinnelse er et overordentlig økonomisk og effektivt system til generering av både varme og elektrisk kraft til en bygning i samarbeid med krafttilførselen man får fra offentlige kilder. Oppfinnelsen sørger også for maksimal tilførsel av elektrisk kraft under nødsituasjoner der man har strøm-brudd eller overslag i en offentlig kilde.

På grunn av evnen til å variere motorens hastighet uavhengig av utgangsfrekvensen fra generatoren i anordningen, kan anordningen ifølge oppfinnelsen uavhengig tilfredsstille varmebehov og behov for elektrisitet bygningen har, i motsetning til tidligere kjente utførelser. Styresystemet som er knyttet til foreliggende oppfinnelse vil imidlertid bare tre i virksomhet under forhold som krever maksimal virkningsgrad og driftsøkonomi når det tar i betraktning omkostningene ved tilførsel av kraft fra offentlige kilder, hvis da ikke systemet arbeider under en nødsituasjon.

Claims (9)

1. Anordning til samtidig frembringelse av varme og elektrisitet omfattende en elektrisk generator og en motor for drift av denne, der varme som utvikles i motoren under drift overføres til et kjølemiddel, karakterisert ved at motoren har regulerbar hastighet og at generatoren er en synkrongenerator der frekvensen for den frembragte elektrisitet er uavhengig av motorens hastighet, idet en drlvanordnlng mellom motor og generator muliggjør uavhengig regulering av hastigheten på motoren og generatoren og ved at organer er Innrettet til å overføre varme fra kjølemiddelet til et forbrukssted, samt at andre organer er innrettet til å overvåke behov og regulere varmeytelse og elektrisk ytelse, uavhengig av hverandre i overensstemmelse med behovene, på grunnlag av økonomiske betraktninger og med hensyn til mulighetene for tilførsel av varme og elektrisitet utenfra, ved regulering av motorens hastighet og generatorens frekvens, uavhengig av hverandre.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at drivanordningen mellom motoren og generatoren har en inngang med variabel hastighet og en utgang med konstant hastighet, for å muliggjøre regulering av motorens hastighet med bibehold av generatorens utgangsfrekvens.

3. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at anordningen med variabel hastighetsinngang og konstant hastighetsutgang, omfatter et tannhjulssett med drivdeler som har variabel hastighet.

4 . Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at tannhjulssettet omfatter et episyklisk tannhjulssett.

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at det episykliske tannhjulssett er koblet til en frekvensstyreanordning.

6. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at motoren er en forbrenningsmotor.

7. Anordning som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved en primær varmeutveksler som er innrettet til å overføre varme fra kjølemiddelet til et andre fluidum som leder varme til forbruksstedet.

8. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at den primære varmeutveksler er Innrettet til å overføre varme fra forbrenningsmotorens ekshaustgass til det andre fluidum for videreføring til forbruksstedet.

9. Anordning som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at overvåknings-og styre-innretningen omfatter organer som er innrettet til drifts-økonomi og parametere for optimal ytelse når den elektriske energi som er tilgjengelig for forbrukeren fra utenforliggende kilder blir vesentlig redusert, slik at anordningen gir maksimal elektrisk ytelse.