Модульний мультиенергетичний термодинамічний пристрій

1. Система (1), що забезпечує одночасне виробництво гарячої води з температурою Т2, теплої води (14) з температурою Т1 і/або холодної води (13) з температурою Т3 і електрики (20), при цьому згадана система містить щонайменше один вузол-генератор струму, який містить або тепловий двигун (2), з'єднаний з генератором (18) змінного струму, або паливну батарею (22), при цьому кожний з генераторів струму містить також теплообмінник (8), який виробляє гарячу воду з температурою Т2, при цьому згадана система (1) містить також щонайменше один тепловий насос (3) або вузол охолоджування і, у випадку необхідності, електричний акумулятор (19),

при цьому згаданий тепловий насос або згаданий вузол охолоджування працює (і) або на принципі компресії пари і, в цьому випадку, містить щонайменше один компресор (17) охолоджуючого середовища, перший теплообмінник (11, 66), розташований на всмоктуючому вході компресора (17), коли система працює в режимі кондиціонування, детандер (10) і другий теплообмінник (12), розташований на нагнітальному виході компресора (17), коли система (1) працює в режимі кондиціонування, (іі) або на принципі абсорбції і містить, в цьому випадку, абсорбер (28), циркуляційний насос (30), парогенератор (29), перший теплообмінник (31), розташований на вході згаданого абсорбера (28), детандер (32) і другий теплообмінник (33), розташований на виході згаданого парогенератора (29),

яка відрізняється тим, що

(a) компресор (17) або циркуляційний насос (30) приводяться в дію електричним двигуном, причому

(b) згадана система (1) містить щонайменше один модуль Рс, Ра, який називається "модулем теплового насоса" (36, 37), або щонайменше один модуль Рr, який називається "модулем охолоджування" (36А), або щонайменше один модуль Pm (36B), який називається "змішаним: тепловий насос і охолоджування", які містять, кожний:

(b1) якщо мова йде про компресійний модуль теплового насоса Рс (36) - щонайменше один вузол теплового насоса, що містить щонайменше один компресор (17) охолоджуючого середовища, згаданий перший теплообмінник (11), згаданий детандер (10), згаданий другий теплообмінник (12);

(b2) якщо мова йде про абсорбційний модуль теплового насоса Ра (37), абсорбер (28), згаданий циркуляційний насос (30), згаданий парогенератор (29), згаданий перший теплообмінник (31), згаданий детандер (32) і згаданий другий теплообмінник (33);

(b3) якщо мова йде про модуль охолоджування Рr (36А), щонайменше один вузол охолоджування, що містить щонайменше один компресор (17) охолоджуючого середовища, згаданий детандер (10), згаданий другий теплообмінник (12);

(b4) у випадку змішаного модуля Pm (36B), два вузли, з яких один типу теплового насоса й інший охолоджуючого типу, при цьому

- вузол типу теплового насоса містить щонайменше один компресор (17) охолоджуючого середовища, згаданий перший теплообмінник (11), згаданий детандер (10), згаданий другий теплообмінник (12) і, у випадку необхідності, згаданий третій теплообмінник (15), і

- вузол охолоджуючого типу містить щонайменше один компресор (17) охолоджуючого середовища, згаданий детандер (10), згаданий другий теплообмінник (12) і, у випадку необхідності, згаданий третій теплообмінник (15), а також трубопроводи (16а, 16b) охолоджуючого середовища, призначені для з'єднання з теплообмінником (66) охолоджуючого середовища типу повітря-вода, зовнішнім відносно модуля Pm (36);

причому згаданий генеруючий вузол уміщений всередині модуля-генератора (G), при цьому згадані модулі (G, Pc, Pa, Pr, Pm) містять, кожний, шасі і вузол, що утворює монтажний перехід, виконані таким чином, щоб згадані модулі (G, Рс, Pa, Pr, Pm) можна було з'єднувати один за одним, формуючи єдиний комплекс.

2. Система (1)  за п. 1, яка відрізняється тим, що згаданий вузол, який утворює монтажний перехід, містить: механічний перехід, електричний перехід і гідравлічний перехід.

3. Система (1) за п. 1 або 2, яка відрізняється тим, що виконана з можливістю живлення від зовнішньої електричної мережі для часткового або повного покривання своїх потреб в електричній енергії і з можливістю спрямування в згадану зовнішню електричну мережу щонайменше частини електричної енергії, що виробляється згаданою системою (1).

4. Система (1) за одним з пп. 1-3, в якій кожний із згаданих модуля-генератора струму (38), теплового насоса (36, 37), модуля охолоджування (36А) або змішаного модуля (36В) виконаний у вигляді шасі, що утворює відкрите з боків гніздо таким чином, щоб через нього могли пройти колектори текучого середовища і електричні проводи.

5. Система (1) за одним з пп. 1-4, яка відрізняється тим, що компресійний модуль Рс (36) теплового насоса містить шасі (44), при цьому через згадане шасі проходять колекторні трубки (39a-39f) і силові електричні проводи (41) і електричні проводи регулювання (42), при цьому згадане шасі містить:

- щонайменше один компресор (47),

- щонайменше одну V-подібну реверсивну батарею (12),

- щонайменше один вентилятор (21),

- щонайменше один пластинчатий теплообмінник (11),

- допоміжні компоненти установки охолоджування, такі як чотириходові вентилі (46) і/або двоходові вентилі охолоджування.

6. Система (1) за одним з пп. 1-5, яка відрізняється тим, що адсорбційний модуль Ра (37) теплового насоса містить шасі (44), при цьому через згадане шасі проходять колекторні трубки (39a-39f), трубка (40) подачі палива і силові електричні проводи (41) і електричні проводи регулювання (42), і тим, що шасі містить:

- теплообмінник охолоджуюче середовище/повітря (54),

- генератор (52),

- абсорбер (51),

- пластинчатий теплообмінник охолоджуюче середовище/вода (53),

і допоміжні компоненти адсорбційного теплового насоса, такі як насос, детандери.

7. Система (1) за одним з пп. 1-6, яка відрізняється тим, що модуль-генератор струму G (38) містить шасі (64), при цьому через згадане шасі (64) проходять трубка (40) подачі палива і силові проводи (41) і проводи (42) регулювання, а також вхідні і вихідні колектори споживача (39а, 39b, 39d, 39e), при цьому згадане шасі містить:

- щонайменше один генератор струму типу теплового двигуна (2), з'єднаного зі своїм генератором (56) змінного струму, або паливну батарею і її інвертор (57),

- теплообмінник для теплообміну між генератором або генераторами струму і гарячою водою (59),

- силову шафу (60) загального керування системою; і

- силові проводи для підведення або відведення струму від і в напрямку мережі й інших джерел (61, 62, 63, 63').

8. Система (1) за одним з пп. 1-7, яка відрізняється тим, що містить декілька модулів (36, 37) теплового насоса і модулів (36А) охолоджування, в тому числі щонайменше один компресійний модуль Рс (36) теплового насоса і щонайменше один модуль (36В) охолоджування і/або щонайменше один адсорбційний модуль Ра (37) теплового насоса.

9. Система (1) за п. 8, яка відрізняється тим, що кожний модуль теплового насоса (36, 37) або охолоджування (36А) містить два вузли теплового насоса (36D) або охолоджування (36Е).

10. Система (1) за одним з пп. 1-9, що містить модуль-генератор струму, що містить один або два теплових двигуни (2) і щонайменше один модуль (36) теплового насоса з компресією пари і/або щонайменше один модуль (36А) охолоджування.

11. Система (1) за будь-яким з пп. 1-10, яка відрізняється тим, що її роботою керує щонайменше одна ЕОМ, що містить щонайменше один мікропроцесор і щонайменше один інтерфейс введення даних.

12. Використання системи (1) за одним з пп. 1-11 в установках бальнеотерапії, таласотерапії, в багатоквартирних будинках, для обігрівання басейнів, в лікарнях або санаторіях, в готелях або туристичних комплексах, в сільськогосподарських теплицях або в промислових процесах або установках, що вимагають одночасно нагрівання і охолоджування води, що використовується в різних точках згаданого процесу або згаданої установки, або в установках, що вимагають системи середньотемпературного і низькотемпературного охолоджування, таких як супермаркети, холодильні камери і т. д.

13. Використання за п. 12, в якому:

а) Т3<Т1; і

b) Т3 становить від -8 до +15 °C, у випадку, коли охолоджуюче середовище є сумішшю води з гліколем, або у випадку, коли охолоджуюче середовище є водою, вона становить від 4 до 15 °C і переважно знаходиться в межах від 5 до 9 °C.

14. Використання за одним з пп. 12 або 13, в якому:

a) Т1 становить від 20 °C до 60 °C, переважно від 30 °C до 60 °C, і

b) T2 становить від 40 °C до 75 °C, переважно від 55 °C до 75 °C, і

с)Т2>Т1.

15. Спосіб регулювання модульної системи за п. 11, в якому:

(а) вводять щонайменше одну величину, яка називається "базовою величиною", вибрану з групи, в яку входять:

- (da1) унітарна вартість палива для кожного теплового двигуна (2), паливної батареї (22) і адсорбційного теплового насоса, що використовується в системі (1);

- (da2) енергетичний вміст кожного виду палива;

- (da3) вплив СО2 кожного палива на одиницю маси;

- (da4) енергетичний ККД кожного теплового двигуна (2) залежно від його навантаження і швидкості обертання, що дозволяє визначити кількість СО2, що викидається, на одиницю механічної потужності, що виробляється цим тепловим двигуном (2);

- (da5) номінальна потужність при повному навантаженні кожного теплового двигуна (2) залежно від швидкості його обертання;

- (da6) процент теплової потужності, що відбирається в контурі охолоджування теплового двигуна (2), і процент теплової потужності, що відбирається з вихлопних газів, і/або кількість СО2, що викидається, на одиницю теплової потужності, що виробляється тепловим двигуном (2);

- (da7) унітарна вартість електричної енергії, що надходить із зовнішньої мережі;

- (da8) термін служби кожного генератора залежно від його навантаження;

- (da9) вартість обслуговування кожного генератора залежно від числа напрацьованих годин;

- (da10) вартість демонтажу і заміни кожного генератора;

- (da11) термін служби, вартість обслуговування, вартість демонтажу і заміни кожного типу теплового насоса;

- (da12) ККД генератора змінного струму залежно від електричної потужності, яка виробляється ним, що дозволяє визначити необхідну механічну потужність теплового двигуна (2) для даної електричної потужності;

- (da13) ККД паливної батареї (22) залежно від її навантаження;

- (da14) ККД інвертора паливної батареї (22) або фотогальванічних панелей (23) при їх наявності;

- (da15) електричне споживання і витрата текучого середовища циркуляційного насоса сонячних датчиків;

- (da16) унітарна відпускна вартість електричної енергії, що постачається у зовнішню мережу;

(b) вводять щонайменше одну так звану "одномоментну величину", вибрану з групи, в яку входять:

- (dbl) одномоментна електрична потужність, що виробляється кожним наявним генератором струму;

- (db2) режим обертання кожного теплового двигуна (2);

- (db3) одномоментне споживання палива системою (1);

- (db4) температура текучого середовища, що споживає теплову енергію теплового двигуна (2);

- (db5) одномоментна електрична потужність, яка споживається системою (1) з мережі і визначається шляхом прямого вимірювання;

- (db6) одномоментна електрична потужність, яка постачається в мережу системою (1) і визначається шляхом прямого вимірювання;

- (db7) струм, напруга або одномоментна електрична потужність, що виробляється фотогальванічною сонячною панеллю (23) (якщо ця панель присутня);

- (db8) одномоментна температура Т1;

- (db9) одномоментна температура Т2;

- (db10) одномоментна температура Т3;

- (db13) температура навколишнього повітря;

- (db14) число годин роботи кожного генератора електричного струму (в основному теплового двигуна (2) і паливної батареї (22);

- (db15) число годин роботи кожного контуру теплового насоса установки (компресійного типу або адсорбційного типу);

(c) визначають щонайменше одну величину, яка називається "шуканою величиною", з якою зв'язують значення, яке називається "шуканим значенням", при цьому згадану шукану величину вибирають з групи, в яку входять:

- (dc1) температура Т1 і її зміна, зокрема, залежно від зовнішньої температури;

- (dc2) температура Т2 і її зміна, зокрема, залежно від зовнішньої температури;

- (dc3) температура Т3 і її зміна, зокрема, залежно від зовнішньої температури;

- (dc6) загальний ККД як максимальний загальний ККД для системи (1) або мінімальний загальний вплив СО2 системи (1);

- (dc7) вартість енергії як мінімальна вартість енергії системи (1);

- (dc8) загальна вартість експлуатації як мінімальна загальна вартість експлуатації системи (1);

(d) за допомогою згаданої ЕОМ систему (1) регулюють таким чином, щоб для кожної з вибраних шуканих величин одержати певне шукане значення або певні шукані значення, при цьому згадане регулювання здійснюють шляхом порівняння поточного значення вибраної шуканої величини, яке визначають в деякі моменти часу, або регулярно, або безперервно, враховуючи вибрану або вибрані базові величини, а також вибраної(их) одномоментної(их) величини (величин), і коректуючи щонайменше одну величину, яка називається "коректувальною величиною", яка вибирається з групи, в яку входять:

- (dd1) тип, число працюючих генераторів струму і електрична потужність, що видається кожним із згаданих генераторів;

- (dd2) розподіл електричної потужності, що видається генератором або генераторами, відповідно для установки і для мережі, зовнішньої відносно системи (1);

- (dd3) тип і число працюючих теплових насосів;

- (dd4) у випадку теплових насосів, які працюють на компресії пари, регулювання об'ємної витрати (що виражається в процентах), що задається компресорам при регулюванні з метою оптимізації системи (1),

таким чином, щоб для кожної вибраної шуканої величини наближати її поточне значення до шуканого значення.

16. Спосіб регулювання за п. 15, який відрізняється тим, що згадані базові величини вводять в мікропроцесор або під час його первинного програмування, або під час запуску системи (1), або їх вводить користувач згаданої системи (1) в ході використання системи (1).