Інтегрована комбінована термоенергетична мікросистема

1. Когенераційна система, конфігурація якої забезпечує використання органічної робочої рідини, яка включає: - джерело тепла; - перший контур, конфігурація якого забезпечує транспортування зазначеної органічної робочої рідини, і який має термічний зв'язок з зазначеним джерелом тепла, завдяки чому тепло, що надходить від нього, перегріває зазначену органічну робочу рідину, причому зазначений перший контур включає: спіральний експандер, конфігурація якого забезпечує прийом зазначеної органічної робочої рідини, причому зазначена органічна робоча рідина залишається перегрітою після проходження через зазначений спіральний експандер, конденсатор, який має рідинний зв'язок з зазначеним спіральним експандером, і насос, конфігурація якого забезпечує циркуляцію зазначеної органічної робочої рідини через зазначений перший контур; і - генератор, операційно сполучений з зазначеним спіральним експандером і призначений для генерування електроенергії. 2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що зазначеним джерелом тепла є пальник, який має термічний зв'язок з випарником. 3. Система за п. 2, яка відрізняється тим, що зазначений пальник і зазначений випарник розміще 2 (19) 1 3 79939 4 11. Система за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняє ться тим, що зазначений пальник і зазначений перший контур мають конфігурації, які забезпечують максимальний робочий тиск зазначеної органічної робочої рідини у першому контурі приблизно 200-450фунт/кв. дюйм.(140-316 ат) і максимальну робочу температуру приблизно 250350°F (121-177°C). 12. Система за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняє ться тим, що зазначена органічна робоча рідина включає галогенокарбоновий холодоагент, бажано, R-245fa. 13. Система за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняє ться тим, що зазначена органічна робоча рідина включає щонайменше один природний гідрокарбон, бажано загальної формули С nН2n+2, наприклад ізопентан. 14. Система за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняє ться тим, що зазначений конденсатор має конфігурацію, яка забезпечує його термічний зв'язок з просторовим нагрівним контуром. 15. Система за п. 14, яка відрізняється тим, що додатково включає пристрій попереднього нагрівання просторового нагрівного контуру, який має теплообмінний зв'язок з другим контуром, призначеним проводити теплообмінну рідину. 16. Система за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняє ться тим, що зазначений перший контур має таку конфігурацію, що електроенергія, яку виробляє зазначений генератор, становить до 10кВт, і/або зазначена система має конфігурацію, яка забезпечує використання частини електроенергії, виробленої зазначеним генератором, для приведення в дію насоса, і/або зазначений конденсатор здатний передавати до 60кВт теплової енергії. 17. Система за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняє ться тим, що додатково включає контролер, конфігурація якого забезпечує моніторинг і селективне варіювання міри перегріву зазначеної органічної робочої рідини. 18. Система за п. 17, яка відрізняється тим, що зазначена конфігурація контролера дозволяє порівнювати сигнали температури у зазначеному випарнику і зазначеному спіральному експандері для визначення міри перегріву зазначеної органічної робочої рідини. 19. Система за п. 18, яка відрізняється тим, що додатково включає щонайменше один перемикач, який реагує на рівень зазначеної органічної робочої рідини на виході зазначеного конденсатора і має зв'язок з зазначеним контролером. 20. Система за п. 18 або п. 19, яка відрізняється тим, що додатково включає набір клапанів, конфігурація яких дозволяє органічній робочій рідині за заздалегідь визначених умов обминати зазначений спіральний експандер, причому зазначеними заздалегідь визначеними умовами можуть бути вихід з ладу мережі і перехідні процеси при запуску або зупиненні системи. 21. Система за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняє ться тим, що її конфігурація забезпечує теплообмінний зв'язок з контуром гарячої води та/або може виробляти гарячу воду, просторове тепло і електроенергію у циклі Ренкіна. 22. Система за п. 21, яка відрізняється тим, що зазначений теплообмінний зв'язок між нею і зазначеним контуром побутової гарячої води відбувається у накопичувальному резервуарі, розташованому у другому контурі, через який проходить теплообмінна рідина. 23. Система за п. 22, яка відрізняється тим, що додатково включає нагрівний елемент, який розташовано у зазначеному накопичувальному резервуарі води, і який розігрівається електроенергією, виробленою зазначеним генератором. 24. Система за будь-яким з пунктів 21-23, яка відрізняється тим, що зазначений теплообмінний зв'язок між нею і зазначеним контуром побутової гарячої води відбувається у зазначеному конденсаторі. Винахід взагалі стосується когенераційної системи і постачання електричної енергії просторового нагрівання води (ПН) і побутової гарячої води (ПГВ), зокрема, невеликої системи типу Ренкіна, у якій використовуються спіральний експандер і органічна робоча рідина Концепція когенерацн або комбінованого тепла і енергії (КТЕ) є відомою вже протягом деякого часу як спосіб поліпшення загального ккд енергогенеруючих систем. У типовій системі КТЕ відбувається генерування двох форм енергії тепла (звичайно у формі гарячого повітря або води) і електроенергії У такій системі тепло, що створюється у процесі згоряння може приводити в дію електрогенератор і підігрівати воду, часто з перетворенням у пару для побутови х потреб або для забезпечення теплом процесу. Більшість сучасних систем КТЕ є доволі великими і забезпечують теплом і електроенергією для значної кількості споживачів або для великих промислових підприємств. Звичайно економічний масштаб не дозволяють екстраполяцію такого рішення до одного або декількох користувачів. Однак, зростання вартості палива знижує переваги централізованого генерування енергії. Відповідно, виникає потенційно вели кий ринок для використання значної кількості відносно автономних розподілених виробників тепла і електроенергії. Наприклад, у старій існуючій інфраструктурі передачі тепла, якій властива насиченість трубопроводами для рідини, включення системи, що забезпечує КТЕ, є бага тообіцяючим, оскільки не вимагає порушень структури суміжних будівель для додання нових труб. Властива системам КТЕ багатофункціональність може знизити конструкційну надлишковість. 5 79939 Ринок локалізованих теплогенеруючих засобів у Європі і Сполученому Королівстві, а також у певних районах США вимагає, щоб єдиний вузол для одно-родинного житла або невеликих промислових об'єктів забезпечував теплом як ПН (наприклад, гідронічні системи з радіатором), так і ПГВ (наприклад, душ або водопровідний вентиль для раковини або ванни) за вимогою або миттєво. Іноді використовуються існуючі комбіновані вузли, у яких тепло для ПГВ накопичується у комбінованому накопичувальному резервуарі і бойлерному контурі У одній з конфігурацій вода для ПН циркулює у бойлерному контурі, який діє як нагрівний елемент для води у накопичувальному резервуарі. Наприклад, оскільки накопичувальна ємність потрібна миттєвого постачання ПГВ до одного-двох душів у одному родинному помешканні (окремому домі або великій квартирі) становить приблизно 120-180л (30-50 галонів), це означає, що накопичувальний резервуар має бути досить великим, іноді настільки, що це унеможливлює забезпечення пікової потреби тепла (до 25кВт (тепл.) накопиченої гарячої води. Однак у більш нових і менших домах часто є відсутнім приміщення для такого великого накопичуваль ного резервуара. Крім того, на додаток до миттєвої потреби для ПГВ (до 25кВт (тепл.)) для середнього розміру будинку існує сезонна потреба у для ПН (до 10кВт (тепл.). До того ж навіть у системах з ПН і ПГВ у єдиній нагрівній системі з просторових міркувань не забезпечується КТЕ. У наведеному вище прикладі імовірно, що до 35кВТ (тепл.) мають бути додані суп утні 3-5кВт електроенергії. Традиційне рішення для забезпечення обох форм енергії, розглянуте вище, полягає в запровадженні великої центральної електростанції у загальній мережі для тисяч або навіть мільйонів користувачів з забезпеченням кінцевого споживача теплом і гарячою водою індивідуально або невеликими групами. Отже, при традиційному підході споживач не лише найменшого контролю за вартістю генерованої енергії, але навіть сплачує більше внаслідок природної неефективності системи, що не використовує синергізму для тепла (яке просто марнується) і генерування завдяки цьому додаткової електроенергії або для підвищення теплової здатності. Хоча великі (у межах МВт и вище) когенераційної системи допомагають знизити згадані вище недоліки централізованих засобів генерування енергії, вони є не дуже придатними для забезпечення невеликих потужностей і тепла (нижче сотень кВт), особливо у межах від кількох кВт і нижче (мікросистеми) до кількох десятків кВт (мінісистеми). Значною мірою це зумовлюється нездатністю первинних джерел працювати на зниженому рівні постачання, оскільки прийнятного електричного ккд часто можна досягти лише з системами що ураховують зміни на вантаження мають жорсткі допуски для ключових компонентів і високу вартість обслуговування. Представниками цього класу є газові турбіни, виготовлення яких для маломасштабних за стосувань є коштовним і які втрачають ефективність при роботі з змінним електричним навантаженням. Пристрої для підвищення ккд, наприклад, рекуператори, мають схильність знижу 6 вати подачу тепла для контурів ПГВ або ПН, і це обмежує їх використання у застосуваннях з високим відношенням тепло/енергія (TIE). Підклас первинних джерел базованих на газовій турбіні, є мікротурбіни, які включають швидкісний генератор, сполучений з енергетичною електронікою, може бути корисним для маломасштабних когенераційних систем. Джерелом інших вад великих систем КТЕ є невелика тривалість життя її конфігурацій з високою вартістю обслуговування. Цей клас включає первинні джерела, що мають звичайні двигуни внутрішнього згоряння, і шум, вихлопні гази, мастила, заміна іскрових свічок і відповідне обслуговування роблять небажаним їх використання у побутових помешканнях і невеликих офісних будинках. Цей клас первинних джерел не дає достатньо тепла у випадках, коли потрібно мати високе Т/Е що має місце у одно-родинних помешканнях. Інші первинні джерела, наприклад, парові турбіни, хоча і дають високе Т/Е, є навіть ще менш придатними для умов змінного споживання електроенергії, ніж газові турбіни. Крім того, у системах, базованих на парі, запуск системи є уповільненим, а їх початкова вартість є високою, і це робить недоцільним їх застосування у мало масштабних системах. У зв'язку з цими обмеженими можливостями існуючих систем автори винаходу дійшли висновку, що існує потреба у автономній системі, яка об'єднує генерування електроенергії і тепла у недорогому компактному ефективному де централізованому генераторі енергії. Ця потреба задовольняється винаходом, який полягає у застосуванні нової мікросистеми КТЕ. У такій системі первинне джерело може постачати як електроенергію, наприклад, від генератора, приєднаного до джерела тепла, так і тепло для забезпечення житла теплим повітрям і гарячою водою. Мікросистема КТЕ відрізняється від традиційного КТЕ розміром у мікро-системі КТЕ електричний вихід є незначним, а саме, у межах декількох кВт (електр.) або навіть нижче кВт (електор.). Система згідно з винаходом може забезпечити швидку реакцію на потреби КТЕ, оскільки розмір необхідного резервуару є значно зменшеним або навіть бути відсутнім. Розмір описаної тут мікросистеми КТЕ може бути адаптований до потреб конкретного користувача, наприклад, система для одно-родинного помешкання може бути пристосована генерувати приблизно 3-5кВт (електор.), 10кВт (тепл.) (для ПН) і 25кВт (тепл.) (для ПГВ). Для невеликих комерційних застосувань або для декількох помешкань (наприклад, групи квартир) система може бути відповідним чином збільшена. Відношення Т/Е є важливим параметром системи. Для більшості житлових і невеликих комерційних застосувань бажане Т/Е лежить у межах від 7:1 до 11:1, оскільки менше відношення може призвести до марнування виробленої електричної енергії, а більші значення є непрактичними (за винятком дуже холодного клімату, в умовах якого опалення є скоріше постійним, аніж сезонним). Оскільки електроенергія (генерована генератором або паливною коміркою) є побічним продуктом первинного джерела у процесі генерування тепла, не відбува 7 79939 ється утворення додаткового діоксиду карбону і супроводжуючих забруднювачів повітря, завдяки чому система винаходу задовольняє суворішим вимогам контролю викидів. Згідно з першим аспектом винаходу, запропоновано когенераційну систему яка включає органічну робочу рідину, джерело тепла, здатне перегрівати органічну робочу рідину перший контур для транспортування органічної робочої рідини і генератор для генерування електроенергії. Щонайменше частина першого контуру, яка включає спіральний експандер конденсатор і насос, має термічний зв'язок з джерелом тепла. Насос проганяє органічну робочу рідину через перший контур. Бажаним джерелом тепла є пальник, який має термічний зв'язок з випарником, завдяки чому тепло, що створюється камерою згоряння, перегріває органічну робочу рідину, що протікає через випарник. У даному випадку термін "термічний зв'язок" включає всі типи теплообміну, що виникає внаслідок з'єднання компонентів системи, а більш вузький термін "теплообмінний зв'язок" (див. далі) включає більш специфічний, прямий взаємозв'язок між суміжними теплообмінними компонентами, призначеними саме для цього. Згідно з природою органічної робочої рідини, вона залишається у перегрітому стані від моменту надходження до спірального експандера до моменту ви ходу з нього. Висока щільність парів і теплопровідні властивості органічної робочої рідини забезпечують максимальний можливий відбір тепла і енергії з рідини без застосування великого експандера. Когенераційна система може мати конфігурацію, яка забезпечує пряму або непряму по дачу органічної робочої рідини У першому випадку взаємне розташування пальника і випарника, що містить рідину, є таким, що полум'я у процесі згоряння у пальнику безпосередньо діє на канал проходження рідини або на резервуар (який називають також камерою згоряння), який включає щонайменше частину каналу проходження органічної робочої рідини, внаслідок чого та частина цього каналу, у якій органічна робоча рідина стає перегрітою, розглядається як випарник. У другому випадку полум'я пальника віддає частину тепла каналу, який утворює вторинний контур, який у свою чергу переносить теплообмінну рідину до міжконтурного теплообмінника. Теплообмінною рідиною може бути вода, суміш води і антифризу (наприклад, пропіленгліколю), або органічною речовиною, наприклад, органічною робочою рідиною, що використовується у першому контурі. Перший контур міжконтурного теплообмінника має рідинний зв'язок з першим контуром, що несе органічну робочу теплоносійну рідину а другий контур має рідинний зв'язок з другим контуром теплообмінника, що несе рідину. Бажано розташовувати міжконтурний теплообмінник між насосом і спіральним експандером першого контур у, завдяки чому він діє як випарник для органічної робочої рідини. Ця конфігурація може також включати розміщений просторовий контурний пристрій попереднього нагрівання, який має теплообмінний зв'язок з другим контуром конденсатора, завдяки чому частина тепла, що залишається у теплообмінній рідині піс 8 ля передачі тепла органічній робочій рідині у міжконтурному теплообміннику, може бути використана для попереднього підігрівання рідини у зовнішньому контурі ПН. Крім того, як і першому випадку, пальник може бути розташований у резервуарі. В обох конфігураціях резервуар може мати витяжний канал для відведення продуктів згоряння (головним чином, відпрацьованого газу), витяжний вентилятор для прискорення відведення таких продуктів і розташований суміжно (бажано, усередині витяжного каналу) теплообмінник відпрацьованого газу, завдяки чому залишок тепла у відпрацьованому газі може бути використана для додаткового підігрівання у інших частинах когенераційної системи. Теплообмінник відпрацьованого газу може також мати пристрій рециркуляції відпрацьованого газу для поліпшення відведення тепла. У першій конфігурації тепло, відібране теплообмінник відпрацьованого газу, може бути спрямоване до різних частин першого контуру або просторового контурного пристрою для додаткового попереднього підігрівання органічної робочої рідини або просторової нагріваючої рідини. Крім того, будь-яка з цих конфігурацій може бути пристосована для теплообміну з зовнішнім контуром ПГВ. Теплообмін може відбуватись також у теплообміннику, побудованому як конденсатор, тобто два окремі контури можуть бути розташовані суміжно один до одного для поліпшення теплопередачі між відповідними рідинами, що протікають у них, або у накопичувальному резервуарі (наприклад, для гарячої води), і тоді у рідині, що зберігається у ньому (бажано, вода) підтримується підвищена температура і забезпечується постачання для вентилів гарячої води, ванни або душа. У випадку такого використання накопичувального резервуара додаткове підігрівання рідини у цьому резервуарі може здійснюватись нагрівним елементом , який одержує енергію від генератора. Якщо такий резервуар відсутній тепло для контуру ПГВ може бути одержане через безпосереднє приєднання до конденсатора першого контуру або від теплообмінної рідини, що протікає через другий контур (у випадку непрямого зв'язку). Крім того, як у прямій, так і непрямій конфігураціях, якщо бажано мати можливість забезпечувати ПГВ, одночасно підтримуючи спрощену дешеву систему, для цього можна використати великогабаритний або багатоступеневий пальник. Таке рішення дозволяє знизити розмір накопичувального резервуару або взагалі не використовувати його і зберегти можливість за вимогою подавати, по суті, "миттєву" гарячу воду. Робочі умови, включаючи максимальну температур у і тиск, у першому контурі когенераційної системи мають визначатись властивостями органічної робочої рідини. Може бути застосований контролер для моніторингу і, якщо потрібно, зміни робочих параметрів системи. Для сприяння виконанню контролером його функцій у системі можуть бути встановлені перемикачі датчики і клапани. Наприклад, для захисту експандера від перевищення швидкості під час перехідних процесів запуску і вимкнення або при зниженні (або зникненні) навантаження системи контролер може блокувати 9 79939 або активувати байпасні клапани, примушуючи цим перегріту органічну робочу рідину обминати експандер Контролер може через термостат також забезпечу ва ти умови, визначені користувачем. Використання органічної робочої рідини, а не води, є важливим у випадках коли її транспортування або використання у системі може відбуватись при температурі нижче 32°F (0°C). Використання у системі води при тривалій дії температури нижче 0°С. може призвести до пошкодження і виходу з ладу системи. Крім того, використання замість води органічної робочої рідини дозволяє уникнути корозії, що спричиняється водою у присутності оксигену, а також значних розмірів експандера або багатоступеневості, пов'язаних з низькою щільністю парів. Як органічну робочу рідину бажано використовувати галогенокарбоновий холодоагент або пдро-карбон природного походження. Прикладом першого є R-245fa, а прикладами други х - деякі алкани, наприклад, ізопентан. Не використовуються інші відомі рідини і холодоагенти, незважаючи на їх привабливі термодинамічні якості. Наприклад, R-11 є одним з класів холодоагентів, заборонених майже всюди з екологічних міркувань. Подібним чином R-123 є менш не прийнятним з екологічних міркувань, ніж R-11, але може розкладатись у певних умовах що виникають у мікросистемі КТЕ. Необхідність мати у конденсаторі достатньо високу температуру для забезпечення гідронічного просторового підігрівання і потреба у високому коефіцієнті розширення передавальна антена рів (від 5 до 7 або 8) обмежує вибір рідин з придатними характеристиками. Крім того, необхідність мати суттєву щільність парів на вході експандера сильно впливає на вибір рідини і діаметр спіральної камери, а це впливає на вартість спіральної камери. Температура конденсації і потреба у значному розширенні багатьох рідин породжує високий тиск на вході спіральної камери (і підвищує потужність насоса) або надкритичні умови на вході, що ускладнює конструкцію і контроль випарника. Такі ж ускладнення виникають при використанні інших природних гідрокарбонових рідин. Наприклад, хоча пентан, бутан і пропан розглядаються як потенційні робочі рідини, автори дійшли висновку, що ізопентан має кращі рідинні якості для застосування у мікросистемі КТЕ. Згідно з іншим аспектом винаходу, запропоновано когенераційну систему, конфігурація якої дозволяє використання органічної робочої рідини. Така система включає джерело тепла перший контур, призначений для транспортування органічної робочої рідини, і генератор електроенергії, операційно сполучений з спіральним експандером. Перший контур включає спіральний експандер, який приймає органічну робочу рідину, конденсатор, рідинно-з'єднаний з спіральним експандером, і насос, що забезпечує циркуляцію органічної робочої рідини. Перший контур має термічний зв'язок з джерелом тепла, завдяки якому тепло, що надходить від нього, перетворює органічну робочу рідину у перегрітий пар. Згідно з ще одним аспектом винаходу запропоновано мікросистему КТЕ з непрямим підігрівом, 10 яка включає джерело тепла, перший другий рідинні циркуляційні контури і міжконтурний теплообмінник. Мікросистема КТЕ з непрямим підігрівом має певні переваги, а саме гнучкість у легкість обслуговування. Декілька рідинних циркуляційних контурів працюють таким чином, що джерело тепла (наприклад, пальник) забезпечує теплом другий рідинний циркуляційний контур, який має термічний (але не рідинний) зв'язок з першим рідинним циркуляційним контуром. Другий рідинний циркуляційний контур має трубопровід, яким проходить теплообмінна рідина. Цей трубопровід, бажано, має кільцеву форму і ребра для максимізації теплопередачі між джерелом тепла і теплообмінною рідиною. Циркуляція забезпечується що найменше одним насосом. Другий рідинний циркуляційний контур має паралельний набір субконтурів, один з яких проходить через теплообмінник КТЕ для підігрівання комунальної води а інший проходить через міжконтурний теплообмінник як посередник між джерелом тепла і органічною робочою рідиною, що циркулює у першому рідинному циркуляційному контурі. На додаток до проведення органічної робочої рідини через міжконтурний теплообмінник перший рідинний циркуляційний контур включає спіральний експандер, з'єднаний з генератором теплообмінник ПН і циркуляційний насос. Після розігрівання органічна робоча рідина стає перегрітою, розширюється у спіральному експандері і обертає генератор, виробляючи таким чином електроенергію. Ще перегріта органічна робоча рідина зниженого тиску виходить з спірального експандера і потрапляє у теплообмінник ПН, де інша рідина, звичайно повітря або вода може нагріватись органічною робочою рідиною. Рідина ПН надходить до радіаторів або інших просторових опалювальних пристроїв помешкання. Циркуляційний насос повертає конденсовану органічну робочу рідину у міжконтурний теплообмінник, після чого процес повторюється. У іншому варіанті для контуру ПН може бути встановлений пристрій попереднього нагрівання, який має теплообмінний зв'язок з другим рідинним циркуляційним контуром для забезпечення додаткового ПН. Крім того, як і у попередньому аспекті, джерело тепла може мати пальник, розташований у резервуарі типу камери згоряння. Цей резервуар може включати витяжний канал витяжний вентилятор і теплообмінник відпрацьованого газу розташований суміжно до витяжного каналу. Теплообмінник відпрацьованого газу може мати пристрій рециркуляції відпрацьованого газу, який поліпшує теплопередачу від цього газу Залишок тепла, який інакше був би виведений з каналу у атмосферу, може бути затриманий і спрямований до інших частин системи. Наприклад, теплообмінник відпрацьованого газу може бути вбудований у перший субконтур другого рідинного циркуляційного контуру для забезпечення додатковим теплом теплообмінника ПГВ. Згідно з іншим аспектом винаходу запропоновано когенераційну систему з прямим піді грівом, конфігурація якої дозволяє здійснювати циркуляцію органічної робочої рідини. Перевагами такої мікросистеми КТЕ є невисока вартість і простота. 11 79939 Система включає трубопровідний контур, який утворює шлях проходження органічної робочої рідини, органічну робочу рідину, що знаходиться у трубопровідному контурі, випарник, розташований на шляху органічної робочої рідини, пальник, що має термічний зв'язок з випарником завдяки чому тепло надходить до випарника і перегріває органічну робочу рідину, спіральний експандер, розташований на шляху органічної робочої рідини, завдяки чому органічна робоча рідина проходить через спіральний експандер, залишаючись перегрітою після виходу з нього генератор, операційно сполучений з спіральним експандером і призначений для генерування електроенергії, конденсатор і насос, розташований на шляху органічної робочої рідини між конденсатором і випарником. Конденсатор включає первинний контур, розташований на шляху органічної робочої та ким чином, що первинний контур має рідинний зв'язок з спіральним експандером, і вторинний контур, будова якого дозволяє передати щонайменше частину тепла, що міститься у органічній робочій рідині, яка проходить через первинний контур, до зовнішнього контуру, яким може бути, наприклад, просторовий підігрівач. Як варіант мікросистема КТЕ з прямим підігрівом включає контролер, клапани камеру згоряння і витяжні засоби, подібні згаданим вище. Бажано, щоб органічною робочою рідиною був пдрокарбон природного походження (наприклад ізопентан) або галогенокарбоновий холодоагент, наприклад, R245fa. Крім того, джерело тепла, яким може бути запальник може мати збільшені розміри для створення додаткового тепла у таких типах системи що не передбачають накопичувального резервуара для ПГВ. У такому випадку пальник може бути збільшеним або багатоступеневим, причому кожна ступінь призначається певній частині зовнішніх нагрівних контурів, наприклад, ПН або ПГВ Крім того, ці зовнішні контури можуть бути приєднані до когенераційної системи через єдине з'єднання на конденсаторі, яке забезпечує розгалуження для відповідних контурів ПН і ПГВ. Згідно з ще одним аспектом винаходу, запропоновано комбіновану теплоенергетичну мікросистему. Така система включає контур генерування електроенергії і з'єднання з зовнішнім нагрівним контуром. Контур генерування електроенергії включає пальник для підвищення температури органічної робочої рідини до стану перегріву, спіральний експандер для прийому перегрітого пару, причому органічна робоча рідина залишається у перегрітому стані після виходу з спірального експандера, генератор, оперативно сполучений з спіральним експандером для генерування електроенергії, конденсатор, розташування якого забезпечує рідинний зв'язок з спіральним експандером, і насос для забезпечення циркуляції органічної робочої рідини. З'єднувальний елемент, розташований на конденсаторі, має конфігурацію, яка забезпечує термічний зв'язок конденсатора з зовнішнім нагрівним контуром, яким може бути контур ПГВ, контур ПН або обидва. Як і у попередніх варіантах, можуть бути встановлені контролер, камера згоряння і відповідні засоби. 12 Згідно з додатковим аспектом винаходу запропоновано систему забезпечення побутовою гарячою водою, просторовим теплом і електроенергією з використанням циклу Ренкіна і органічною робочою рідиною. Система включає суттєво замкнений рідинний контур, призначений для транспортування органічної робочої рідини, пальник, здатний створювати достатньо тепла для забезпечення перегріву органічної робочої рідини і контролер для регулювання операцій системи. Суттєво замкнений рідинний контур щонайменше частково утворюється змієвиковим трубопроводом, конфігурація якого перетворює його у теплопередавальний елемент для органічної робочої рідини, і включає спіральний експандер, генератор і насос. Термін "трубка" є еквівалентним терміну "канал", оскільки обидва стосуються порожнистої судини для транспортування рідин. Пальник має термічний зв'язок з змієвиковою трубкою суттєво замкненого рідинного контур у. Конфігурація спірального експандера дозволяє приймати перегріту органічну робочу рідину, конфігурація конденсатора дозволяє видобувати щонайменше частину тепла, що залишається у органічній робочій рідині після проходження її через спіральний експандер, а насос створює тиск і забезпечує циркуляцію органічної робочої рідини. Згідно з ще одним додатковим аспектом винаходу запропоновано когенераційну систему з непрямим підігрівом, яка включає джерело тепла, пасивний тепло-передавальний елемент, який має термічний зв'язок з джерелом тепла, перший контур, генератор і другий контур. Кон фігурація першого контуру забезпечує транспортування органічної робочої рідини і він розташований суміжно до кінця пасивного тепло-передавального елемента, завдяки чому тепло, що передається цим елементом, підвищує запас енергії у органічній робочій рідині. Перший контур складається з щонайменше спірального експандера, призначеного приймати органічну робочу рідину, конденсатора, що має термічний зв'язок з спіральним експандером, і насоса, призначеного забезпечувати циркуляцію органічної робочої рідини. Конфігурація конденсатора забезпечує передачу щонайменше частини надлишкового тепла органічної робочої рідини до зовнішнього нагрівного контуру. Як і у попередніх варіантах, генератор, сполучений з спіраль ним експандером, виробляє електроенергію відповідно до енергії, що надходить від спіральної камери. Конфігурація другого контур у забезпечує транспортування через нього теплообмінної рідини і його розташування суміжно до кінця пасивного теплопередавального елемента є та ким, що тепло, яке передається від нього, підвищує запас енергії у органічній робочій рідині. Другий контур складається щонайменше з камери згоряння, розташованої суміжно до джерела тепла з можливістю відведення відпрацьованого газу. Камера згоряння є подібною описаній для попередніх варіантів за винятком того, що один кінець пасивного теплопередавального елемента (бажано, у вигляді нагрівної трубки) лежить усередині камери згоряння і може поглинати тепло від джерела тепла. 13 79939 Згідно з іншим аспектом винаходу, запропоновано когенераційну систему, яка включає джерело тепла, пасивний тепло-передавальний елемент, що має термічний зв'язок з джерелом тепла, і перший контур Перший контур має конфігурацію, яка забезпечує транспортування органічної робочої рідини і розташований суміжно до кінця пасивного тепло-передавального елемента, завдяки чому тепло, що передається від цього елемента, перегріває органічну робочу рідину. Перший контур складається з щонайменше спірального експандера, призначеного приймати органічну робочу рідину, конденсатора, що має термічний зв'язок з спіральним експандером, і насоса, призначеного забезпечувати циркуляцію органічної робочої рідини. Генератор, сполучений з спіральним експандером, виробляє електроенергію відповідно до розширення органічної робочої рідини у спіральній камері. Конфігурація конденсатора забезпечує передачу щонайменше частини надлишкового тепла органічної робочої рідини до зовнішнього нагрівного контуру. Як і у попередньому варіанті, пасивний тепло-передавальний елемент є, бажано, нагрівною трубкою і подібним же чином вбудований у камеру згоряння. Згідно з ще одним аспектом винаходу, запропоновано спосіб генерування тепла і електроенергії когенераційним пристроєм. Цей спосіб включає операції конфігурування першого контуру для транспортування органічної робочої рідини, перегрівання органічної робочої рідини джерелом тепла, яке має тепловий зв'язок з першим контуром, розширення перегрітої органічної робочої рідини у спіральному експандері, обертання генератора, сполученого з спіральним експандером, для генерування електроенергії, охолодження органічної робочої рідини у конденсаторі, завдяки чому щонайменше частина тепла органічної робочої рідини, що проходить через конденсатор, передається до зовнішнього нагрівного контуру, використання щонайменше частини тепла, переданого до зовнішнього нагрівного контуру, для забезпечення просторового тепла і повертання органічної робочої рідини після виходу й з конденсатора у таке міс це першого контуру, що вона може одержати додаткове тепло від джерела тепла. Як варіант, цей спосіб включає підтримання органічної робочої рідини у перегрітому стані протягом операції розширення. Додатковою операцією спосіб передбачає можливість селективного використання щонайменше частини тепла, що було передане до зовнішнього нагрівного контуру, для підігрівання контуру побутової гарячої води. У іншому варіанті декількома операціями забезпечується другий контур для транспортування теплообмінної рідини до контуру ПГВ, де цей контур відокремлюється від контур у ПН, термічно з'єднаного з конденсатором. Другий контур складається з трубопровідного контуру, що має термічний зв'язок з джерелом тепла. Другий контур має теплообмінний зв'язок з щонайменше одним контуром побутової гарячої води, наприклад, з теплообмінником або накопичувальним резервуаром води. Другий контур має таку конфігурацію, що щонайменше частина тепла, переданого до теплообмін 14 ної рідини, розігріває рідину (наприклад, воду) у контурі побутової гарячої води. Бажано операцією перегрівання перегрівати органічну робочу рідину на 10-30°F (6-18°С) вище точки кипіння і створювати тиск не вище приблизно 200-450фунт/кв дюйм (140-316ат) при операції повертання насосом. Операція перегрівання доводить температуру органічної робочої рідини до приблизно 250-350°F (121-177°С). Крім того, операція розширення виконується таким чином, що електричний вихід генератора досягає 10кВт, а операція охолодження виконується таким чином, що тепловий вихід, що передається до зовнішнього нагрівного контуру, досягає 60кВт. Джерело тепла може розігрівати органічну робочу рідину безпосередньо або непрямо. Може бути додана операція керування набором клапанів для забезпечення обминання органічною робочою рідиною спірального експандера за заздалегідь визначених умов, якими можуть бути ви хід з ладу мережі, і перехідні процеси, пов'язані з запуском або зупинкою. Згідно з ще одним аспектом винаходу, запропоновано систему для генерування електроенергії і просторового нагрівання через розширення органічної робочої рідини у перегрітому стані. Ця система включає органічну робочу рідину, канал для протікання, конфігурація якого забезпечує транспортування органічної робочої рідини, камеру згоряння розташовану у каналі протікання, спіральний експандер, розташований у каналі протікання і здатний приймати і від давати органічну робочу рідину у перегрітому стані, генератор, операційно сполучений з спіральним експандером, для генерування електроенергії, конденсатор, що має термічний зв'язок з спіральним експандером і насос, для забезпечення циркуляції органічної робочої рідини через канал протікання. Камера згоряння має пальник, тепло-передавальний елемент, призначений проводити органічну робочу рідину суміжно до пальника, і витяжний канал призначений виводити продукти згоряння, утворені пальником, в атмосферу. Як і у попередніх варіантах, сполучення між конденсатором і зовнішнім нагрівним контуром може бути використане для здійснення теплообміну з контуром ПН. Можуть бути додані пристрої регулювання системи, наприклад, контролер, перемикачі і клапани, а також додаткові теплообмінні пристрої, сполучені з витяжним каналом або конденсатором. Далі наведено детальний опис бажаних втілень винаходу з посиланнями на креслення у яких Фіг.1 - схема інтегрованої мікросистеми КТЕ згідно з винаходом, з непрямим підігрівом, накопичувальним резервуаром і обладнанням для ПН і ПГВ, Фіг.2 - схема інтегрованої мікросистеми КТЕ з прямим підігрівом, без накопичувального резервуару і обладнанням для ПН і ПГВ, Фіг.3 - схема інтегрованої мікросистеми КТЕ з прямим підігрівом, без накопичувального резервуару і обладнанням для ПН і ПГВ, Фіг.4 - схема інтегрованої мікросистеми КТЕ з прямим підігрівом, з накопичувальним резервуаром і обладнанням для ПН і ПГВ, 15 79939 Фіг.5 - схема інтегрованої мікросистеми КТЕ з прямим підігрівом, без накопичувального резервуару і обладнанням для ПН, Фіг.6 - введення нагрівної трубки у втілення винаходу з непрямим підігрівом і спільним теплообмінником для ПН і ПГВ, Фіг.7 - введення нагрівної трубки у втілення винаходу з прямим підігрівом і спільним теплообмінником для ПН і ПГВ. Фіг.1 ілюструє втілення мікросистеми 1 КТЕ, яка є двоконтурною системою з непрямим підігрівом, що включає перший (або первинний) контур 100 і другий контур 150. Перевагою системи з непрямим підігрівом є можливість уникнути перегріву патрубка бойлера (або випарника) першого контуру. Перший контур 100 включає експандер 101, конденсатор 102, насос 103 і одне частину міжконтурного теплообмінника 104 Органічна робоча рідина (наприклад, природні гідрокарбони або галогенокарбонові холодоагенти, не показані) циркулюють у контурі утвореному рідинно-приєднаним експандером 101, конденсатором 102, насосом 103 і міжконтурним теплообмінником 104. Труби 110 використовується для з'єднання різних компонентів першого контуру 100, а насос 103 створює тиск для подачі органічної робочої рідини до міжконтурного теплообмінника 104, замикаючи цим перший контур 100. Генератор 105 (бажано, індукційного типу) сполучається з експандером 101 таким чином, що розширення експандером 101 генерує електроенергію. Хоча експандер 101 може бути будь-якого типу, бажано щоб він був спіральним експандером. Спіральний експандер може бути звичайним одиночним спіральним пристроєм, відомим фахівцям. Масляний насос 108 постачає мастило до спіральної камери. Мастило забезпечує ущільнення між перехрещеним стаціонарним і обертальним шарами що утворюють серпоподібні камери спірального експандера. На виході конденсатора 103 знаходиться перемикач 120 індикатора рівня з показником 120А високого рівня і показником 120В низького рівня. Контролер 130 регулює операції системи. Він одержує параметри наприклад, температуру органічної робочої рідини у різних точках першого контуру і інформацію про рівень від перемикача 120 індикатора рівня. За допомогою запрограмованої логіки він може бути використаний для відкриття і закриття клапанів (не показаних) згідно з заздалегідь визначеними умовами, наприклад, при виході з ладу мережі Генератор 102 бажано, є асинхронним пристроєм, що забезпечує просте некоштовне обслуговування системи 1, оскільки зникає потреба у складному контролі швидкості генератора і у відповідній з'єднувальній мережі. Асинхронний генератор без контролю завжди генерує максимально можливу потужність оскільки його потреба у обертальному моменті швидко зростає, частота генератора 105 перевищує системну. Генератор 105 може бути спроектований на промислову частоту 50 або 60Гц, з зберіганням при цьому швидкість обертання, близьку (часто з відхиленням 150об/хвил або менше) до синхронної (3000 або 3600об/хвил). Зовнішній нагрівний контур 140 (показаний як контур ПН) може бути сполучений з першим кон 16 туром 100 через з'єднувальні елементи (не показані) на конденсаторі 102. Як варіант, у зовнішньому нагрівному контурі 140 може бути встановлений змійовик попереднього нагрівання, завдяки чому гідронічна рідина (звичайно вода), що протікає через нього, може зазнати підвищення температури, зумовленого теплообміном з теплообмінною рідиною, що проходить у другому контурі 150. Циркуляція гідронічної рідини у зовнішньому нагрівному контурі 140 створюється звичайним насосом 141 і через радіатор 148 або подібний пристрій забезпечує просторове нагрівання. Наприклад, пдронічна рідина може виходити з конденсатора 102, маючи температуру 50°С, і повертатись до нього з температурою 30°С. Теплова здатність системи 1 становить до 60кВТ (тепл), однак винахід включає використання вузлів з більшою або меншою тепловою здатністю. Природною для (когенераційних) мікросистем «ТЕ є здатність постачати тепло на додаток до електроенергії. Надлишок тепла від джерела тепла і розширеної робочої рідини може бути переданий до зовнішніх контурів ПН і ПГВ. Теплообмін бажано здійснювати або у протитокових теплообмінниках (для контурів як ПН, так і ПГВ), або через звичайний накопичувальний резервуар гарячої води (для контуру ПГВ). Зрозуміло, що, хоча у втіленнях, ілюстрованих кресленнями, теплообмінники ПН і ПГВ показані діючими паралельно (і у деяких випадках мають спільний теплообмінний пристрій), винахід включає і послідовні теплообмінні конфігурації. Другий контур 150 включає два паралельні субконтури 150А, 150В, які одержують тепло від пальника 151, що одержує паливо від газопостачального вузла 152 через клапан 153 подачі газу. Трубки 160 (що утворюють паралельні субконтури) проходять через камеру 154 згоряння, де теплообмінна рідина (не показана), що тече через трубки 160, одержує тепло, що створюється згорянням палива у пальнику 151. Трубки 160, які включають частину 161 трубки з ребрами, розташовану у камері 154 згоряння, розгалужується на перший паралельний субконтур 150А, який транспортує теплообмінну рідину, нагріту у камері 154 згоряння, до міжконтурного теплообмінника 104, щоб передати тепло до органічної робочої рідини що тече через перший контур 100. Для регулювання потоку між субконтурами можуть бути встановлені блокклапани (не показані), однак, уповільненням роботи насоса неактивного субконтуру можна запобігти виникненню значного потоку у цьому субконтурі без застосування додаткових клапанів. Другий паралельний субконтур 150В транспортує теплообмінну рідину до теплообмінника 180 ПГВ для нагрівання побутової гарячої води. Одна частина теплообмінника 180 (яким може бути накопичувальний резервуар води) включає змійовик 180А, який має конфігурацію, що забезпечує транспортування теплообмінної рідини, а друга частина, оболонка 180В, призначена для транспортування побутової гарячої води (не показаної) від входу 191А холодної води, повз змійовик 180А до виходу 191В ПГВ. Звичайно холодна вода надходить з колодязя або комунальної мережі водопостачання 17 79939 Датчик 171В температури може виміряти температуру ПГВ, що виходить з теплообмінника 180 ПГВ. Цей датчик може бути також приєднаний до контролера 13О (див нижче). Камера 154 згоряння має витяжний канал 155 рециркуляційний пристрій 156 відпрацьованого газу з теплообмінником витяжного каналу і вентилятор 158. Зрозуміло, що, хоча вентилятор 158 показано як витяжний, він може бути також нагнітальним, залежно від місця встановлення у камері 154 згоряння. Датчик 171А розташовано на виході 154 камери згоряння для другого контуру 150 і він виміряє температурний стан тепло обмінної рідини подібно до датчика 170В. Насоси 185А 185В другого контуру забезпечують циркуляцію теплообмінної рідини через другий контур 150, причому насос 185В забезпечує циркуляцію теплообмінної рідини через нагрівам 180 ПГВ, а насос 185А - циркуляцію теплообмінної рідини через міжконтурний теплообмінник 104. Теплообмінник 157 витяжного каналу і рециркуляційний пристрій 156 відпрацьованого газу (РВГ) приймають від пальника 151 гарячий відпрацьований газ і рециркулюють його, реалізуючи внутрішній теплообмін і знижуючи цим температур у відпрацьованого газу, який витягається і викидається в атмосферу вентиля тором 158. Тепло, яке віддає відпрацьований газ у теплообміннику 157 витяжного каналу, використовується для надання додаткового тепла у інши х частинах системи 1 У даному випадку це тепло використовується для підвищення температури теплообмінної рідини у другому контурі 150. Контролер 130, який може бути програмованим логічним контролером (ПЛК) або звичай ним мікрокомп'ютером (не показаним) може здійснювати контроль роботи елементів системи. Всі насоси можуть бути насосами змінної швидкості під керуванням сигналами від контролера 130. Після одержання сигналу на нагрівання пальник 151 запалює паливо, а на відповідні циркуляційні насоси 185А або 185В подається живлення. Для ПГВ перемикач 190 потоку разом датчиком 171В температури надсилає вхідний сигнал до контролера 130. Перемикач 190 вибирає режим ПГВ і завдання для ПГВ надходить до датчика 171А температури. Потік газу для пальника і насос 185В ПГВ регулюються для забезпечення бажаної температури у 171В згідно з температурною уставкою, визначеною користувачем на термостаті (не показаному) ПГВ. Під час роботи системи нагріта теплообмінна рідина проходить повз датчик 171А який надсилає відповідний сигнал до контролера 130, після чого інтенсивність горіння пальника 151 і робота насоса 185В можуть бути скориговані згідно з вимогами безпеки і потребою на виході. Однак, у процесі запуску системи контролеру 130 має бути наданий певний ініціалізований стан, який відповідає вимогам безпеки і існує, доки теплообмінна рідина не пройде повз датчик 171А температури. Бажано, щоб потік теплообмінної рідини протягом запуску був мінімальним, а швидкість нагрівання рідини була завдяки цьому якомога великою У деяких випадках виникає необхідність відвернути локальне перегрівання рідини у камері 154 згоряння і 18 надіслати до контролера 130 сигнал, який вказує, що пальник 151 дійсно горить. Витрату газу вибирають з міркувань максимальної тривалості роботи системи з урахуванням виміряної зовнішньої температури і швидкості її змін. Насос 185В забезпечує постійну подачу теплообмінної рідини до камери 154 згоряння згідно з постійним значенням для датчика 171А температури. Коли датчик 171А одержує приблизно 50% задання термостата, швидкість насоса 185В підвищується, доки температура, виміряна датчиком 171 А, не досягне задання, після чого пальник 151 і насос 185В працюють, щоб підтримувати постійні значення від датчиків 171А, 171В температури. Коли перемикач 190 потоку вказує нульовий потік, пальник 151 і насос 185В припиняють роботу. Другий контур 150 може бути обладнаний невеликим розширювальним резервуаром (не показаним) для компенсації теплового розширення при помірно високих тисках теплообмінної рідини. Якщо користувач бажає тепла, на що вказує кімнатний термостат (не показаний), пальник 151 починає працювати на рівні приблизно 50% його підігрівної здатності для розігріву системи 1. Насос 185В починає працювати з заздалегідь визначеною швидкістю, що відповідає вимогам до потоку, визначеним початковою інтенсивністю горіння пальника і реакцією системи, яка залежить від її конструкції. Контролер 130 відповідає на вимогу тепла згідно з заданням для кімнатної температури, встановленим користувачем. Контроль горіння пальника 151 і потік, що створюється насосом 185А, здійснюється частково залежно від температури в кімнаті і її задання, а також від зовнішньої температури (датчик не показаний). Насос 103 першого контуру працює з швидкістю, достатньою для підтримання рівня органічної робочої рідини між нижнім 120В і верхнім 120А встановленими значеннями перемикача. Контролер 130, наприклад, надсилає насосу 103 команду на запуск або прискорення, якщо рівень органічної робочої рідини перевищує рівень 120А, і зупиняє їх, якщо цей рівень знижується нижче рівня 120В. Довжина частини 161 трубок 160, яка має ребра і знаходиться у середині камери 154 згоряння, може бути мінімізована належним вибором насосів точок контролю і розміру каналу Фіг.8 (разом з Фіг.1) ілюструє елементи пристрою 156 РВГ для мікросистеми 1 КТЕ. По суті пристрій 156 РВГ функціонує разом з витяжним каналом 155 і є інтегрованою частиною тепло обмінника 157 відпрацьованого газу. Потік гарячого відпрацьованого газу спрямовується аксіально через пристрій 156 РВГ, розташований між пальником 151 і витяжним каналом 155 Частина відпрацьованого газу проходить через кільцевий рециркуляційний канал 156В протитопом і потім знову уприскується у вхід 156А. Стінки пристрою 156 РВГ охолоджуються теплообмінною рідиною, яка проходить через теплообмінник 157 каналу і тому рециркулюючий газ, на вході 156А є частково охолодженим. Цей охолоджений газ, виходячи через площину 156В входить у другу теплопровідну секцію утворену ребристою частиною 161 трубки трубок другого контуру (на показаних), де відбувається додаткове 19 79939 охолодження газу. У більш компактному варіанті внутрішній кільцевий канал пристрою 156 РВГ може бути замінений набором ребристих трубок (не показаних), кожна з яких на вхідному кінці має пристрій подачі газу під тиском. Таке рішення викликає використання збільшеної кількості рідини, що збільшує інерційність системи, але має суттєві переваги, в тому числі застосування пристрою 156 РВГ у випарнику, де органічна робоча рідина не зазнає дії повної температури відпрацьованого газу і остаточний відбір тепла не знижується додатковим розбавленням газу у димоході, зокрема, холодним повітрям. Головною перевагою пристрою 156 РВГ є те, що рівень шкідливих газоподібних побіч них продуктів (наприклад, NOx) знижується. Перевагою пристрою 156 РВГ є також те, що завдяки зниженню максимальної температури, яка діє на ребристу частину 161, можуть бути використані простіші і дешевші компоненти з збереженням довговічності системи, яку забезпечують більш дорогі матеріали. Фіг.2 ілюструє інше втілення мікросистеми 2 КТЕ з непрямим підігрівом. Тут другий контур 250 не має паралельних субконтурів. Замість цього безпосередньо від камери 254 згоряння до міжконтурного теплообмінника 204 проходить єдиний контур ПГВ яка забезпечувалась другим субконтуром 150В (Фіг.1) тепер є інтегрованою у зовнішній нагрівний контур 240. Цей контур, який обслуговує ПГВ і ПН, може розгалужуватись після приєднання до конденсатора 202 клапанами 247А, 247В, які за необхідності забезпечують постачання до радіаторів 248 ПН або до теплообмінника 280 ПГВ. Теплообмінником 280 ПГВ може бути резервуар води для зберігання гарячої води (як у попередньому варіанті) або двоканальний протитоковий тепло обмінний пристрій. Після того, як рідина (звичайно вода) проходить через один з теплообмінників ПН і ПГВ або через обидва, вона через нагрівний контур 240 надходить назад до конденсатора 202, щоб знову почати цикл. Перед входженням у конденсатор 202 рідина може бути піддана попередньому нагріванню термічно суміжним другим контуром 250 у пристрої 245 по переднього нагрівання. Фіг.3, 4 ілюстр ують мікросистему КТЕ з прямим підігрівом. Перевагою цієї системи є більш проста конструкція і невелика вартість обслуговування У цьому втіленні система 3 не має другого контуру. Замість міжконтурного теплообмінника, який у попередньому втіленні був джерелом тепла для першого контуру, тут використано камеру 304 згоряння, де відбувається спалювання палива у газовій колонці 352 через клапан 353 і пальник 351 і випаровування органічної робочої рідини. Як і у попередньому втіленні, органічна робоча рідина перегрівається, а генератор 305 має асинхронний зв'язок з навантаженням, бажано, на користувацькому боці електролічильника, тобто на боці силової мережі. Навантаження на спіральний експандер 301 з боку мережі утримує механічні швидкості у спіральній камері у конструктивних межах. На шляху потоку органічної робочої рідини, визначеному трубами 310 (частиною яких є канал 361), встановлено блок-клапан 307А і байпасний клапан 20 307В. Цими клапанами керують сигналом контролера 330, який вказує, коли навантаження у системі є відсутнім (наприклад, при виході з ладу мережі), і ці клапани дозволяють перегрітому пару обминути розширювач запобігаючи цим перевищенню швидкості спіральної камери 301. У цьому випадку зміненим шляхом перегрітий пар поступає у вхід конденсатора 302 У нормальних робочих умовах, коли у системі існує навантаження, перегрітий пар входить у спіральний експандер 301 і змушує орбітальну евольвентну спіральну оболонку обертатись відносно фіксованої перехрещеної евольвентної спіральної оболонки Коли перегрітий пар розширюється, проходячи через серпоподібні камери об'єми яких збільшується, рух, який він надає орбітальній оболонці передається генератору 305 через вал з муфтою або через інтегровану конструкцію ротор/статор у спіральній камері 301. Залежно від типу мастила, що використовується у системі (тобто чи є мастило здатним до змішування або ні) спіральна камера 301 може містити масляний насос 308, який забезпечує циркуляцію масла, що залишається у спіральній камері від перегрітого пару. Витяжний канал 355 і вентилятор 358 працюють так, як це було описано вище, однак, пристрій 356 РВГ, який у попередніх втіленнях забезпечував додаткове нагрівання теплообмінної рідини у другому контурі 150, 250, може забезпечувати додатковим теплом різні частини системи З. Наприклад, це додаткове тепло може бути надане органічній робочій рідині при виході з насоса 385 (точка А). Подібним чином, воно може бути використане для додаткового нагрівання зовнішнього нагрівного контуру у точках В і С. Точне місце точок А, В, С визначається типом органічної робочої рідини і її властивостями. Слід відзначити, що теплообмінник 380 ПГВ може мати конфігурацію звичайного протитокового двоканального теплообмінника або бути накопичувальним резервуаром води, як це було описано вище У випадку наявності резервуару малого об'єму або його відсутності (наприклад, в умовах нестачі простору), теплообмінник для забезпечення швидкої реакції для ПГВ, може виникнути потребу у додатковому нагріванні. У цьому випадку одним з рішень може бути використання більшого або багатоступеневого пальника. Це скоротить час реакції і зробить її миттєвою або майже миттєвою для ПГВ (наприклад, для душів, ванн і вентилів гарячої води). Фіг.4 ілюстр ує модифікацію мікросистеми КТЕ з прямим підігрівом (Фіг.3). У цьому варіанті система 4 має накопичувальний резервуар 480. Це дає можливість обслуговувати ПГВ без збільшення пальника а енергію для підігрівного елемента 480С резервуару можна відбирати безпосередньо від генератора 405. Крім того, компромісне комбінування розміру накопичувального резервуару 480 і розміру або кількості ступенів пальника 451 може забезпечити найкращу функціональність і задовольнити вимогам компактності/об'єму. Фіг.5 ілюструє мікросистему 5 КТЕ з прямим підігрівом, яка є найпростішою оскільки призначена лише генерувати електроенергію і забезпечувати ПН. Відсутність обслуговування ПГВ дозволяє обійтись без накопичувального резервуару без 21 79939 погіршення функціональності системи або збільшення пальника. У решті деталей така система є подібною описаним втіленням прямого підігріву, включаючи роботу компонентів 551, 552, 553 джерела тепла, витяжних компонентів 555, 556, 557, 558 компонентів 501 502, 503, 504, 507А,В і 508 шляху органічної робочої рідини генератора 505 і пристрою 520, 530 контролю з датчиками. Фіг.6, 7 ілюструють модифікацію когенераційних систем з прямим і непрямим підігрівом, описаних ви ще Пасивний тепло-передавальний елемент (Фіг.6), бажано, у вигляді теплової тр убки 675, може бути розташований між першим контуром 600 і другим контуром 650 для забезпечення теплообміну між цими контурами і джерелом тепла. Теплова трубка 775 (Фіг.7) знаходиться у шля ху потоку першого контуру, який включає також спіральний експандер 701, конденсатор 702 і насос 703. У інших варіантах теплова тр убка розміщується у вакуумованому герметичному резервуарі, який містить невелику кількість робочої рідини, наприклад, води або метанолу. Коли один кінець трубки (який звичайно називають випарювальним кінцем) нагрівається, робоча рідина швидко випаровується внаслідок низького тиску рідини. Пари проходять через другий кінець (який звичайно називають конденсаторним) під низьким тиском і віддає латентне тепло. Під дією ваги або через капіляри конденсована рідини повертається до випарювального кінця і цикл повторюється. Якщо рідина має велику теплоту випаровування, у та кий спосіб можна передати значну кількість тепла 22 навіть тоді коли різниця температур кінців є невеликою У решті робота систем подібна описаним вище. Фіг.8 ілюструє елементи теплообмінника 157 витяжного каналу і рециркуляційного пристрою 156 відпрацьованого газу. Камера 154 згоряння (зображена не у масштабі) містить значну частину пристрою джерела тепла, включаючи пальник 151, завдяки чому відпрацьований газ і супроводжуючі продукти згоряння потрапляють у витяжний канал 155, з якого вони можуть бути виведені в атмосферу, для чого може бути використаний витяжний вентилятор. Рециркуляційний пристрій 156 відпрацьованого газу є співкільцевим каналом, який приймає відпрацьований газ з зони навколо пальника 151 через внутрішній кільцевий канал 156А і спрямовує частину газу назад у зовнішній кільцевий канал 156В. Проходячи через зовнішній кільцевий канал 156В, ця частина газу віддає частину її тепла теплообміннику 157 витяжного каналу, показаний у вигляді змійовика. Звідти змійовик теплообмінника 157 може бути спрямований до інших місць системи, де він зможе віддавати додаткове тепло. Наведений опис бажаних втілень дає змогу фа хівцю застосувати винахід. Різні модифікації цих втілень і принципи винаходу дозволять побудува ти інші втілення без додаткового винахідництва. Винахід не обмежується описаними втіленнями і його об'єм визначається його принципами і новими ознаками. 23 79939 24 25 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 79939 Підписне 26 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601