PL224486B1 - Gazowy kocioł mikrokogeneracyjny - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest gazowy kocioł mikrokogeneracyjny przeznaczony do wytwarzania gorącej cieczy do ogrzewania pomieszczeń i wytwarzania energii elektrycznej.

Znany jest z opisu polskiego zgłoszenia patentowego nr P.392723 sposób pozyskania energii elektrycznej i energii cieplnej, który polega na tym, że zainstalowany stacjonarnie silnik turbinowy zas ilany ze zbiornika paliwa napędza generator prądotwórczy, a wychodzące z silnika turbinowego spaliny kierowane są do wymiennika ciepła, w którym zostaje podgrzana woda użytkowa.

Znany jest także z opisu polskiego zgłoszenia patentowego nr P.335612 układ kogeneracji do wytwarzania ciepła, gorącej wody i energii elektrycznej dla budynku, który zawiera silnik i komorę spalania w generatorze, zbiornik do przechowywania wody, w którym może być umieszczony silnik i g enerator, zespół do wprawiania w cyrkulację i ogrzewania wody oraz zespół do odprowadzania gazów spalinowych.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego o numerze EP.0945688 znany jest kocioł zawierający dwa oddzielne wymienniki ciepła, ustawione szeregowo wzdłuż drogi spalin, w skład których wchodzi pierwotny wymiennik ciepła służący do przekazywania ciepła, w którym kondensowana jest para ze spalin.

Gazowy kocioł mikrokogeneracyjny zawierający komorę spalania związaną z układem zapłonowym, wymiennik ciepła ze spalin do płynu grzewczego, przewody: płynu grzewczego, spalin i powietrza a także rozrusznik wentylatorowy do dostarczania powietrza i przelotu spalin oraz generator energii elektrycznej, a ponadto zawiera podwójną turbinę do jednoczesnego przetłaczania spalin i zasysania powietrza, połączoną przez dyszę dolotową z turbiną promieniową sprzężoną z generatorem energii elektrycznej, charakteryzuje się tym, że ma podwójną turbinę promieniową połączoną z turbiną promieniowo-kątową poprzez dyszę dolotową usytuowaną pod kątem α zawierającym się pomiędzy 15-60° w płaszczu turbiny promieniowo-kątowej, przy czym średnica D₃ płaszcza turbiny promieniowo-kątowej jest równa lub większa od średnicy D₂ dyszy dolotowej, która jest z kolei równa lub większa od średnicy D₁ rdzenia turbiny promieniowo-kątowej. Podwójną turbinę promieniową korzystnie stanowi wirnik czynny i wirnik bierny połączone wspólnym wałem, przy czym wirnik czynny jest umieszczony w kanale odlotowym spalin z komory spalania, a wirnik bierny w kanale dolotowym powietrza. Turbina promieniowo-kątowa napędza generator energii elektrycznej, korzystnie umieszczony w płaszczu cieczy obiegowej, połączonym z przyłączem cieczy obiegowej. Kanał odlotowy spalin korzystnie jest połączony z kanałem dolotowym powietrza za pomocą kanału wyrównawczego, który jest wyposażony w zawór regulacyjny. Korzystnie dysza dolotowa jest usytuowana stycznie do płaszcza turbiny promieniowo-kątowej.

Rozwiązanie konstrukcji gazowego kotła według wynalazku wyróżnia się trwałością i niezawodnością pracy, niskim kosztem wytwarzania energii użytkowej w przeliczeniu na ilość spalonego gazu, a co najważniejsze także usytuowanie poszczególnych części elementów gazowego kotła i ich wzajemne połączenie w całość dało nieoczekiwany efekt uzyskania wysokiej sprawności produkcji energii.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania wynalazku na załączonym rysunku, przedstawiającym w sposób schematyczny budowę gazowego kotła mikrokogeneracyjnego połączenie jego elementów wewnętrznych, bez jego obudowy.

Gazowy kocioł mikrokogeneracyjny składa się z komory spalania 1 wraz z układem zapłonowym 2, do którego gaz doprowadzany jest przewodem 3 przez zawór sterująco-odcinający 4. Dolna część komory spalania 1 ma wlot powietrza z kanału dolotowego 5, w którego górnej części jest usytuowana turbina promieniowa 6 z wirnikiem biernym 7 uruchamianym z rozrusznika wentylatorowego 8 współpracującego z przepustnicą 9 osadzoną w przewodzie dostarczającym powietrze. Wirnik bierny 7 podwójnej turbiny promieniowej 6 jest umieszczony na wspólnym wale z wirnikiem czynnym 10 podwójnej turbiny promieniowej 6, który jest zabudowany w kanale odlotowym spalin 11 nad komorą spalania 1. Kanał odlotowy spalin 11 jest połączony pod kątem prostym z dyszą dolotową 12 usyt uowaną stycznie i pod kątem α=45° w płaszczu 13 turbiny promieniowo-kątowej 14 osadzonej w nim za pomocą rdzenia 15. Średnica D₃ płaszcza 13 jest większa od średnicy D₂ dyszy dolotowej 12, a średnica D₂ dyszy dolotowej 12 jest większa od średnicy D₁ rdzenia 15. Turbina promieniowo-kątowa 14 za pomocą wału 16 napędza generator energii elektrycznej 17, który jest umieszczony w płaszczu cieczy obiegowej 18 połączonym z jednej strony z przyłączem cieczy obiegowej 19 poprzez pompę obiegową 20, a z drugiej strony z wymiennikiem ciepła 21 zaopatrzonego w tłumik akustyczny 22, który jest usytuowany nad komorą rozprężną 23 spalin. Kanał odlotowy spalin 11 na wysokości poPL 224 486 B1 między komorą spalania 1 a wirnikiem czynnym 10 podwójnej turbiny promieniowej 6 jest połączony kanałem wyrównawczym 24 wyposażonym w zawór regulacyjny 25 z kanałem dolotowym 5. Zawór regulacyjny 25 jest sterowany mechanicznie lub elektrycznie. Wał wirnika biernego 7 i wirnika czynnego 10 podwójnej turbiny promieniowej 6 jest ułożyskowany ślizgowo i jest smarowany za pomocą układu hydraulicznego 26 składającego się z pompy, silnika elektrycznego, filtra oraz chłodnicy oleju a także ze zbiornika oleju. Olej jest chłodzony cieczą obiegową z gazowego kotła.

Uruchomienie gazowego kotła według wynalazku odbywa się z wykorzystaniem rozrusznika wentylatorowego 8, przepustnicy 9 oraz układu zapłonowego 2. Wirnik bierny 7 podwójnej turbiny promieniowej 6 tłoczy powietrze kanałem dolotowym 5 do komory spalania 1 podtrzymując proces spalania oraz dostosowując skład mieszanki paliwowej do właściwych parametrów. Gazy spalinowe powstające w komorze spalania 1 poprzez kanał odlotowy spalin 11 kierowane są do podwójnej turbiny promieniowej 6 na wirnik czynny 10, a następnie dyszą dolotową 12 na rdzeń 15 i do turbiny pr omieniowo-kątowej 14. Wirnik turbiny promieniowo-kątowej 14 za pomocą wału 16 napędza generator energii elektrycznej 17 a chłodzenie generatora energii elektrycznej 17 zapewnia ciecz obiegowa w płaszczu cieczy obiegowej 18. Obieg ciepłowniczy gazowego kotła wg wynalazku jest zasilany cieczą o niskiej temperaturze za pomocą przyłącza cieczy obiegowej 19 poprzez pompę obiegową 20. Woda z płaszcza cieczy obiegowej 18 trafia do wymiennika ciepła 21 a następnie do obiegu ciepłowniczego budynku. Poprawny obieg wody zapewnia pompa obiegowa 20. Gorące gazy spalinowe z turbiny promieniowo-kątowej 14 kierowane są do komory rozprężnej 23 a następnie do wymiennika ciepła 21, po czym po oddaniu ciepła do tłumika akustycznego 22 i do przewodu kominowego.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Gazowy kocioł mikrokogeneracyjny zawierający komorę spalania związaną z układem zapłonowym, wymiennik ciepła ze spalin do płynu grzewczego, przewody płynu grzewczego oraz kanały spalin i powietrza, rozrusznik wentylatorowy do dostarczania powietrza i przelotu spalin a także generatora energii elektrycznej oraz podwójną turbinę do jednoczesnego przetłaczania spalin i zasysania powietrza połączoną przez dyszę dolotową z turbiną promieniową sprzężoną z generatorem energii elektrycznej, znamienny tym, że ma podwójną turbinę promieniową (6) połączoną z turbiną promieniowo-kątową (14) poprzez dyszę dolotową (12) usytuowaną pod kątem α zawierającym się pomiędzy 15-60° w płaszczu (13) turbiny promieniowo-kątowej (14), przy czym średnica D₃ płaszcza (13) turbiny promieniowo-kątowej (14) jest równa lub większa od średnicy D₂ dyszy dolotowej (12), która jest z kolei równa lub większa od średnicy D₁ rdzenia (15) turbiny promieniowo-kątowej (14).
2. 2. Gazowy kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że podwójną turbinę promieniową (6) stanowi wirnik czynny (10) i wirnik bierny (7) połączone wspólnym wałem, przy czym wirnik czynny (10) jest umieszczony w kanale odlotowym spalin (11) z komory spalania (1) a wirnik bierny (7) w kanale dolotowym (5) powietrza.
3. 3. Gazowy kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że turbina promieniowo-kątowa (14) napędza generator energii elektrycznej (17) umieszczony w płaszczu cieczy obiegowej (18) połączonym z przyłączem cieczy obiegowej (19).
4. 4. Gazowy kocioł według zastrz. 2, znamienny tym, że kanał odlotowy spalin (11) jest połączony z kanałem dolotowym (5) powietrza za pomocą kanału wyrównawczego (24) wyposażonego w zawór regulacyjny (25).
5. 5. Gazowy kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że dysza dolotowa (12) jest usytuowana stycznie do płaszcza (13) turbiny promieniowo-kątowej (14).