RU2652362C1 - Плавучий дом - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области плавучих средств, используемых для продолжительного отдыха, проживания, а также для работы людей на различных акваториях в течение длительного времени, в том числе и в холодные периоды года. Плавучий дом с коммуникациями системы жизнеобеспечения имеет плавучее основание в виде водоизмещающей части, с закрепленной на нем палубой с установленной на ней надводной частью с отапливаемым помещением и с автономным источником энергоснабжения. Автономный источник энергоснабжения представляет собой термодинамическую систему, которая объединяет три контура циклического движения хладагентов - двух контуров циркуляции хладагента, изменяющего свое агрегатное состояние, и одного контура жидкого теплоносителя. Первый контур включает испарительную часть, обеспечивает снабжение автономного источника энергоснабжения тепловой энергией за счет отбора тепловой энергии из акватории и охлаждение части термодинамической системы автономного источника энергоснабжения. Второй контур предназначен для отопления помещения. Третий контур выполняет функцию преобразования тепловой энергии - в электрическую. Достигается повышение эффективности работы системы автономного энергоснабжения помещений плавучего дома. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к области плавучих средств, используемых, преимущественно, для продолжительного отдыха, проживания, а также для работы людей на различных акваториях в течение длительного времени, в том числе и в холодные периоды года.

Плавучий дом - это сложнейшее инженерное сооружение, в котором соединены воедино красота, монументальность и комфорт жилого дома с прочностью, устойчивостью, непотопляемостью, автономностью и функциональностью пассажирского судна.

Современные системы жизнеобеспечения плавучих домов для полностью автономной работы предполагают монтаж резервуаров для запаса питьевой воды, топлива, сбора сточных вод и установкой судовой электростанции, или привязаны к береговым коммуникациям (электричество, центральное водоснабжение, сточный коллектор).

Известен плавучий автономной эко-дом с автономным энергообеспечением. В качестве горючего для движения планируется использовать все виды отходов жизнедеятельности плавучего дома. Сточные воды будут подвергаться анаэробному сбраживанию, будет выделяться горючий биогаз, сухой мусор будет собираться и сжигаться, из нефтесодержащих вод будет выделяться нефтепродукт, который будет подвергаться сжиганию. На выходе автономная система энергообеспечения будет давать энергию и дистиллированную воду.

http://banksolar.ru

Известен плавучий дом для дайвинга, автономное энергоснабжение которого осуществляется при помощи фотоэлектрической или ветровой энергии.

Патент JP 2012056550, МПК В63B 29/00; В63B 35/00; В63B 35/73; В63B 45/02; В63С 11/49, В63Н 21/17, опубл. 2012-03-22, «RAFT HOUSEBOAT WITH SUBMERSIBLE DEVICE USING ELECTRIC ENERGY BY PRIVATE ELECTRIC GENERATION)).

Известен плавучий дом, автономное энергоснабжение которого осуществляется с помощью энергетической системы, содержащей панели солнечных батарей.

Патент CN 202743477, МПК B60L 1/00; B60L 8/00; В63Н 21/17, опубл. 2013-02-20, «Electrical system assembly of solar houseboat". Традиционные солнечные отопительные системы с приемниками солнечного излучения, устанавливаемые, как правило, на крыше, не способны в зимний период обеспечивать приемлемую температуру жилых помещений. Попытки создания аккумулирующей системы, запасающей летнее тепло, также нельзя считать успешными ввиду чрезвычайной громоздкости и дороговизны подобных систем.

Известна система автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений, содержащая ветрогенераторную установку для выработки электроэнергии, связанную с потребителями электрической энергии; аккумулятор электрической энергии, связанный с ветрогенераторной установкой и потребителями электрической энергии; установку для преобразования солнечной энергии в тепловую и тепловой аккумулятор, связанные с потребителями тепловой энергии, отличающаяся тем, что дополнительно содержит работающий от ветрогенераторной установки тепловой насос, связанный с потребителями тепловой энергии; инвертор, через который аккумулятор электрической энергии подключен к потребителям электроэнергии; утилизатор теплоты сточных вод; коллектор тепла Земли и автоматическую систему управления системой автономного энергоснабжения, соединенную через датчики тепловой и электрической нагрузок с исполнительными механизмами; при этом установка для преобразования солнечной энергии - в тепловую содержит блок солнечных коллекторов, связанных по теплоносителю по меньшей мере с двумя теплообменниками, один из которых расположен в тепловом аккумуляторе, а другой - в теплообменном аппарате, связанном по теплоносителю с коллектором тепла Земли; тепловой насос содержит работающий от ветрогенераторной установки компрессор, по меньшей мере два выносных испарителя, один из которых встроен в теплообменный аппарат, связанный по теплоносителю с коллектором тепла Земли, а другой выносной испаритель встроен в утилизатор теплоты сточных вод и по меньшей мере два выносных конденсатора, один из которых встроен в бак горячей воды, а второй выносной конденсатор встроен в теплообменный аппарат, связанный по теплоносителю с потребителями тепловой энергии.

Патент RU 2249125, МПК F03D 9/00, опубл. 27.03.2005.

Недостатком данной системы являются высокие энергозатраты на отопление и невозможность применения такого контура для плавучего средства.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является плавучий дом, в котором предусматриваются автономные источники энергоснабжения (за счет энергии ветра, солнца и традиционных углеводородных продуктов), водоснабжения (опреснение и фильтрация воды из водоемов и сбор дождевой воды - в случае длительного нахождения в отрыве от суши), удаления отходов (в локальные очистные и утилизирующие сооружениями), который содержит водоизмещающую и надводную части с хозяйственными, жилыми и иными помещениями, оснащенными элементами измерения и регулирования температуры воздушной среды помещений; силовую двигательную (движительную) установку с системой охлаждения ДВС и системой выпуска выхлопных газов; устройства управления направлением движения дома-лодки по акватории; источники и накопители электроэнергии; источники и накопители тепловой энергии; блок управления источниками, преобразованием и распределением энергии; резервуары для питьевой воды, хозяйственной воды и для сбора сточных вод.

Hellweg, U. Floating Homes at Rummelsburg Day in Berlin / U. Hellweg-Wasserstadt. Gmbh. 2012. 25 S. [3, c. 20; 4, c. 5].

Указанный плавучий дом, в силу особенностей гибридной структуры комплекса энергоснабжения, позволяющего нагревать помещения не только энергией сгорания топлива, но и электроэнергией, вырабатываемой на месте, обладает даже в мобильном режиме повышенной автономностью, достаточной для отдыха на небольших акваториях при благоприятных погодных условиях (температура, облачность, продолжительность светового дня и т.п.). Однако в пасмурную и недостаточно ветреную погоду, в осенне-весенний периоды необходимость длительного поддержания в жилых помещениях комфортной температуры приводит к увеличению расхода топлива, учащению пополнения его запасов и неприемлемому росту затрат на эксплуатацию системы жизнеобеспечения плавучего дома.

Задачей заявляемого изобретения является снижение зависимости энергоснабжения плавучих средств от погодных условий, повышение автономности их энергоснабжения при уменьшении эксплуатационных затрат на топливо и энергию для системы жизнеобеспечения.

Технический результат, достигаемый в результате использования заявляемого изобретения, заключается в повышении эффективности работы системы автономного энергоснабжения помещений плавучего дома.

Указанный технический результат достигается тем, что в плавучем доме с коммуникациями системы жизнеобеспечения, имеющем плавучее основание в виде водоизмещающей части, с закрепленной на нем палубой с установленной на ней надводной частью с отапливаемым помещением, с автономным источником энергоснабжения, автономный источник энергоснабжения представляет собой термодинамическую систему, которая объединяет три контура циклического движения хладагентов - двух контуров циркуляции хладагента, изменяющего свое агрегатное состояние, и одного контура жидкого теплоносителя, при этом первый контур, включающий испарительную часть, обеспечивает снабжение автономного источника энергоснабжения тепловой энергией за счет отбора тепловой энергии из акватории и охлаждение части термодинамической системы автономного источника энергоснабжения, второй контур предназначен для отопления помещения, третий контур выполняет функцию преобразования тепловой энергии в электрическую.

Кроме того, водоизмещающаяся часть выполнена в виде понтонов.

Кроме того, водоизмещающаяся часть выполнена в виде двойного корпуса судна.

Кроме того, испарительная часть выполнена в виде трубопроводов отбора тепла, преимущественно металлических, с хорошей теплопроводностью, омываемых непрерывно водной средой, витки которых закреплены на понтонах.

Кроме того, испарительная часть выполнена в виде полости двойного корпуса.

Кроме того, теплоносителем второго контура является пресная вода.

Кроме того, теплоносителем второго контура является этиленгликоль.

Кроме того, теплоносителем второго контура является пропиленгликоль.

Изобретение поясняется чертежами.

Фиг. 1 - схема плавучего дома с водоизмещающей частью, выполненной в виде понтонов.

Фиг. 2 - схема плавучего дома с водоизмещающей частью, выполненной в виде двойного корпуса судна.

Плавучий дом с коммуникациями системы жизнеобеспечения имеет плавучее основание дома - водоизмещающую часть, например, выполненную в виде понтонов 1 или двойного корпуса судна 2. На водоизмещающей части, выше ватерлинии 3, закреплена палуба 4 с установленной на ней надводной частью, например, домом 5 с отапливаемым помещением 6, под полом 7 которого размещен автономный источник энергоснабжения.

Автономный источник энергоснабжения включает тепловой насос, представляющий собой замкнутую систему, наполненную хладагентом, включающую испарительную часть, например, в виде трубопроводов отбора тепла 8, преимущественно металлических, с хорошей теплопроводностью, омываемых непрерывно водной средой, служащей низкопотенциальным источником тепловой энергии, витки которых размещены с охватом водоизмещающей части в виде понтонов 1 ниже ватерлинии 3. Витки трубопроводов отбора тепла могут быть расположены по винтовой линии.

Испарительная часть может представлять собой полость 9 двойного корпуса 2 судна, наполненную хладагентом.

Испарительная часть соединена трубопроводом подачи хладагента 10 с подключенным к источнику питания (на схеме не указан) компрессором 11.

Компрессор 11 соединен трубопроводом 12 с теплообменником 13, расположенным в теплообменном баке 14.

Теплообменник 13 через трубопровод 15 и дроссельный клапан 16 соединен с испарительной частью.

Кроме того, теплообменник 13 соединен трубопроводом 17 с теплообменником 18, расположенным в испарительном баке 19. Теплообменник 18 через трубопровод 20 и дроссельный клапан 21 соединен с баком 22, в котором находится теплообменник 23. Бак 22 трубопроводом 24 соединен с испарительной частью - трубопроводом 8 или полостью 9.

Теплообменный бак 14 соединен с насосом теплоносителя 25, который по трубопроводу 26 соединен с системой «теплый пол» 27, соединенной трубопроводом 28 с теплообменником 29, который соединен трубопроводом 30 с теплообменным баком 14.

Испарительный бак 19 трубопроводом 31 соединен с турбиной 32, к которой подсоединен электрогенератор (на схеме не указан). Турбина 32 через трубопровод 33 соединена с баком 22. Теплообменник 23 соединен через насос 34 с испарительной камерой 19.

Автономный источник энергоснабжения представляет собой термодинамическую систему, которая объединяет три контура циклического движения хладагентов - двух контуров циркуляции хладагента, изменяющего свое агрегатное состояние, и одного контура жидкого теплоносителя.

Первый контур выполняет две функции - функцию снабжения автономного источника энергоснабжения тепловой энергией за счет отбора тепловой энергии из акватории, а также функцию охладителя части термодинамической системы автономного источника энергоснабжения. Состоит из заполненных хладагентом, типа «фреон R22», трубопровода 8 или полости 9 двойного корпуса 2, компрессора 11, теплообменник нагрева 13, теплообменник нагрева 18, дроссельных клапанов 16 и 21, теплообменного бака охлаждения 22 и соединительных трубопроводов 10, 12, 17, 20, 24.

Второй контур выполняет две функции - функцию передачи в требующие отопления помещения тепла и функцию охлаждения части термодинамической системы автономного источника энергоснабжения. Состоит из заполненных теплоносителем (вода, или пропеленгликоль, или этиленгликоль) теплообменного бака 14, насоса 25, системы отопления «теплый пол» 27, теплообменника 29, соединительных трубопроводов 26, 28, 30.

Третий контур выполняет функцию преобразования тепловой энергии в электрическую энергию.

Состоит из заполненных хладагентом типа «фреон R142b» нагревательного теплообменнго бака 19, турбины 32 приводящей в действие электрогенератор (на схеме не указан) охладительного теплообменника 23, насоса 26, соединительных трубопроводов 31, 33.

Автономное энергоснабжение мобильного плавучего дома осуществляется следующим образом.

В испарительной части в виде испарительных трубопроводов 8 или в виде полости 9 двойного корпуса 2 судна, непрерывно, по всей длине и ширине омываемой водной средой, происходит отбор низкопотенциального тепла из водной среды, находящейся ниже ватерлинии 3.

Внутри испарительной части постоянно под низким давлением находится хладагент, имеющий при данном давлении температуру кипения ниже температуры воды в акватории даже в холодное время года. Тепло водной среды через внешние стенки испарительной части нагревает хладагент до температуры кипения, в результате чего он, испаряясь, переходит в газообразное состояние (разогревается до температуры акватории около 4-20°C) и через трубопровод 10 подачи хладагента засасывается в компрессор 11.

Компрессор 11 сжимает газообразный хладагент до высокого давления, при котором температура кипения хладагента повышается, при этом хладагент разогревается вследствие повышения давления и переходит в жидкое состояние с дополнительным выделением тепла.

Разогретый (до температуры около 55-65°C°) хладагент по трубопроводу 12 подается в теплообменник 13 для передачи части тепла другому теплоносителю - жидкой среде, находящейся в баке 14 системы отопления. При выходе на рабочий режим основная часть тепла сохраняется в хладагенте и переносится по трубопроводу 17 в теплообменник 18, находящийся в испарительном баке 19 контура выработки электроэнергии, в котором циркулирует хладагент, например R142b, имеющий более высокую температуру кипения. Передав основную часть тепловой энергии в контур выработки электроэнергии (охлажденный до температуры около 10-20°C), хладагент по трубопроводу 20 поступает к дроссельному клапану 21, через который попадает в испарительную камеру 22. В испарительной камере поддерживается низкое давление. В результате резкого падения давления в испарительной камере 22 происходит охлаждение хладагента (до температуры около -5-15°C) и частичный переход его в газообразное состояние. Находящийся в испарительной камере 22 теплообменник 23 передает тепловую энергию хладагента контуру выработки электричества, охлаждается и конденсируется из газообразного состояния - в жидкое (при температуре около 10-15°C). Хладагент теплового насоса, отобрав тепловую энергию из контура выработки электричеств (контур 3), поступает из испарительной камеры 22 по трубопроводу 24 в испарительную часть трубопроводы отбора тепла 8 или полость 9 двойного корпуса 2, после чего повторяет описанный выше цикл.

Хладагент контура выработки электричества, находящийся в охлажденном, жидком состоянии в теплообменнике 23, при помощи насоса 34 направляется в испарительную камеру 19, где нагревается от теплообменника 18 контура теплового насоса, кипит, переходит в газообразное состояние и с высоким давлением направляется по трубопроводу 31 в турбину 30, вращает ее и электрогенератор (на схеме не указан). Отдав часть тепла в контур отопления через теплообменник 30, остывающий газ по трубопроводу 33 попадает в теплообменник 23, расположенный в испарительной камере 22, где охлаждается и конденсируется в жидкое состояние, после чего повторяет описанный выше цикл.

Теплоноситель из бака 14 (разогретый до температуры около 35-45°C) насосом теплоносителя 25 через трубопровод подачи теплоносителя 26 подается в систему отопления 27, охлажденный теплоноситель (до температуры около 20°C) через возвратный трубопровод теплоносителя 28 поступает в теплообменник 30, где отбирает часть тепла от турбины 32 и по трубопроводу 30 возвращается в бак 14. Из теплообменника 18 часть хладагента по трубопроводу 15, через дроссельные клапаны 16 подается в испарительную часть, где происходит декомпрессия хладагента до его исходного давления, сопровождающаяся испарением из жидкости в газообразное состояние и охлаждением. Хладагент опять начинает принимать тепло от водной среды акватории. Далее повторяется описанный цикл.

Claims (8)

1. Плавучий дом с коммуникациями системы жизнеобеспечения, имеющий плавучее основание в виде водоизмещающей части, с закрепленной на нем палубой с установленной на ней надводной частью с отапливаемым помещением, с автономным источником энергоснабжения, отличающийся тем, что автономный источник энергоснабжения представляет собой термодинамическую систему, которая объединяет три контура циклического движения хладагентов - двух контуров циркуляции хладагента, изменяющего свое агрегатное состояние, и одного контура жидкого теплоносителя, при этом первый контур, включающий испарительную часть, обеспечивает снабжение автономного источника энергоснабжения тепловой энергией за счет отбора тепловой энергии из акватории и охлаждение части термодинамической системы автономного источника энергоснабжения, второй контур предназначен для отопления помещения, третий контур выполняет функцию преобразования тепловой энергии - в электрическую.

2. Плавучий дом по п.1, отличающийся тем, что водоизмещающаяся часть выполнена в виде понтонов.

3. Плавучий дом по п.1, отличающийся тем, что водоизмещающаяся часть выполнена в виде двойного корпуса судна.

4. Плавучий дом по п.1, отличающийся тем, что испарительная часть выполнена в виде трубопроводов отбора тепла, преимущественно металлических, с хорошей теплопроводностью, омываемых непрерывно водной средой, витки которых закреплены на понтонах.

5. Плавучий дом по п.1, отличающийся тем, что испарительная часть выполнена в виде полости двойного корпуса.

6. Плавучий дом по п.1, отличающийся тем, что теплоносителем второго контура является пресная вода.

7. Плавучий дом по п.1, отличающийся тем, что теплоносителем второго контура является этиленгликоль.

8. Плавучий дом по п.1, отличающийся тем, что теплоносителем второго контура является пропиленгликоль.

Images