АВТОНОМНЫЙ КОМПЛЕКС ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Предлагаемое техническое решение относится к области строительства, в частности, к вентиляции, обогреву и освещению модульных сооружений, выполненных с использованием для обогрева отходящего тепла двигателей внутреннего сгорания в комбинации с использованием других источников тепла и может найти применение для потребителей, работающих в полевых условиях, лишенных централизованного доступа к источникам электроэнергии, тепла и питьевой воды.
Уже известен автономный комплекс технических средств жизнеобеспечения потребителей, выполненный внутри нескольких теплоизолированных контейнеров, каждый из которых имеет входную дверь. При этом потребители всех средств жизнеобеспечения расположены за пределами контейнеров в полевых условиях и связаны с ним посредством силовых и информационных кабелей, а также посредством воздуховодов и трубопроводов.
Указанный комплекс включает систему основного автономного энергоснабжения, содержащую две дизель-электрические установки, состоящие из дизельного двигателя внутреннего сгорания и генератора переменного тока, из которых одна дизель-электрическая установка является резервным источником автономного электроснабжения, причем оба источника автономного электроснабжения объединены одной шиной питания потребителей и сообщены с системой зарядки аккумуляторных батарей и аккумулятором подачи автономного электропитания.
Кроме того, комплекс содержит систему топливоснабжения, содержащую по меньшей мере одну емкость с топливом, сообщенную для подвода топлива с двигателем внутреннего сгорания, систему обогрева, вентиляции и кондиционирования, систему освещения, пожарной сигнализации и пожаротушения и систему связи, содержащую приемопередающую станцию спутниковой связи с антенной, приемную станцию спутникового ТВ, АТС с антеннами, станцию эфирного вещания, комплект оборудования передачи данных, комплект оборудования для обеспечения беспроводной связи, комплект оборудования охранной сигнализации, а также систему управления комплексом, со стационарным пультом управления, размещенную внутри одного из контейнеров, в одном отсеке с оператором. / Патент РФ №76945 на полезную модель «Автономный телекоммуникационный комплекс для координации и мониторинга строительных работ», МПК Е04Н 1/00, опубл. 2008 г.
Техническое решение, взятое в качестве прототипа, позволяет обеспечить потребителя, находящегося в полевых условиях, электроэнергией и телекоммуникационными связями, однако комплекс не является многофункциональным, надежным и эффективным, поскольку не позволяет регулировать температуру воздуха в помещениях потребителя как при высоких до +50 градусов Цельсия температурах окружающего воздуха, так и при низких температурах до -50 градусов Цельсия, а также в связи с тем, что отсутствует подача потребителю очищенной воды из наземных или подземных источников, отсутствует источник электроэнергии, не связанный с дизель-генераторной установкой, что может привести в случае отказа в работе дизель-генератора к обесточиванию потребителей, а также отсутствует экономия дизельного топлива для производства электроэнергии, так как не используется энергетический потенциал солнечной энергии и энергии ветра.
Задача предлагаемой полезной модели состоит в повышении эффективности и надежности длительной безаварийной эксплуатации комплекса в условиях удаленности потребителей от развитых инфраструктур /в полевых условиях/, при сложных атмосферных условиях: повышенных до плюс 50 градусов Цельсия и пониженных до минус 50 градусов Цельсия температурах атмосферного воздуха, а также состоит в повышении многофункциональности комплекса.
3
Для решения поставленной задачи с достижением заявляемого технического результата в известном автономном комплексе технических средств жизнеобеспечения потребителей, размещенном внутри по меньшей мере одного контейнера с входной дверью, установленного на опорной поверхности, и включающего систему основного автономного энергоснабжения, содержащую по меньшей мере одну дизель-электрическую установку, состоящую из дизельного двигателя внутреннего сгорания и генератора переменного тока, связанных с системой зарядки аккумуляторных батарей и аккумулятором системы электроснабжения, и по меньшей мере один резервный источник автономного электроснабжения, систему топливоснабжения, содержащую по меньшей мере одну емкость с топливом, сообщенную для подвода топлива с двигателем внутреннего сгорания, систему обогрева, вентиляции и кондиционирования, систему освещения, пожарной сигнализации и пожаротушения, систему связи, содержащую приемопередающую станцию спутниковой связи с антенной, приемную станцию спутникового ТВ, АТС с антеннами, станцию эфирного вещания, комплект оборудования передачи данных, комплект оборудования для обеспечения беспроводной связи, комплект оборудования охранной сигнализации, а также систему управления всеми системами комплекса, включающую стационарно размещенный пульт управления, согласно предлагаемой полезной модели, контейнер разделен перегородками с образованием отсеков для отдельных систем комплекса и снабжен закрепленными на наружной стенке контейнера, удаленной от двигателя внутреннего сгорания, по меньшей мере одним входным патрубком забора атмосферного воздуха с регулируемой заслонкой и гибкими теплоизолированными воздуховодами, установленными с возможностью сообщения с потребителями посредством воздухораспределительных коробов, резервные источники автономного энергоснабжения в системе энергоснабжения комплекса выполнены в виде ветрогенератора номинальной мощностью по меньшей мере 200 Вт., закрепленного на контейнере посредством телескопических элементов, и в виде солнечных батарей, установленных на крыше контейнера, суммарной номинальной мощностью по меньшей мере 660 Вт., комплекс снабжен дополнительной системой зарядки аккумуляторных батарей, связанной с резервными источниками электроснабжения /солнечными батареями и ветрогенератором/, инвертором, установленным с возможностью получения однофазного переменного тока, и аккумулятором системы электроснабжения, а двигатель двигатель внутреннего сгорания снабжен нейтрализатором отработавших газов, глушителем их шума трехходовым клапаном в выпускном трубопроводе и теплообменниками-утилизаторами тепла выхлопных газов и/или охлаждающей жидкости, система кондиционирования выполнена в виде двух параллельно соединенных с одним испарителем контуров циркуляции хладагента, каждый из которых содержит последовательно сообщенные между собой трубопроводами генератор паров хладагента повышенного давления, конденсатор паров хладагента, установленный с возможностью охлаждения автономным вентилятором, ресивер для устранения воды из конденсированных паров хладагента, причем каждый контур циркуляции хладагента снабжен дросселем, установленным с возможностью снижения давления паров хлацагента до заданной величины и четырехходовым клапаном, /система вентиляции выполнена в виде двух раздельных контуров циркуляции воздуха, каждый из которых сообщен по меньшей мере с одним входным отверстием контейнера для забора воздуха из атмосферы и снабжен жалюзи, выполненными с возможностью регулирования, фильтром и вентилятором, обеспечивающим циркуляцию воздуха по меньшей мере 9000 м/час/для двух контуров циркуляции/ при давлении 120 мм водного столба, и датчиками температуры входящего и выходящего воздуха, датчиками влажности и засорения фильтров, система обогрева воздуха содержит теплообменник обогрева воздуха, подключенный к снабженному циркуляционным насосом, расширительным бачком, регулирующими, например, четырехходовыми клапанами контуру принудительной циркуляции жидкого теплоносителя через теплообменники-утилизаторы тепла отработавших газов и/или охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания, и через котел, снабженный по меньшей мере одним электронагревательным элементом, причем теплообменник обогрева воздуха установлен в одном блоке с испарителем системы кондиционирования с возможностью протягивания воздуха через них одним общим для них вентилятором и нагрева при работе системы кондиционирования в режиме теплового насоса.
Система управления содержит регулятор открытия заслонки забора воздуха из атмосферы, регулятор открытия трехходового клапана в выпускном трубопроводе двигателя внутреннего сгорания и регулятор открытия четырехходовых клапанов в контурах циркуляции потока жидкого теплоносителя в зависимости от показаний датчиков температуры входящего и выходящего воздуха соответственно, датчика влажности воздуха и датчиков засорения фильтров.
Система управления комплексом осуществляет регулирование параметров воздуха, подаваемого потребителю и содержит регуляторы открытия клапанов забора воздуха, клапана в выпускном трубопроводе и клапанов в контурах циркуляции потока жидкого теплоносителя в зависимости от показаний датчиков температуры воздуха и теплоносителя и датчиков засорения фильтров, клапанов и дросселей системы кондиционирования, а также выполнена с возможностью осуществления блокировки, исключающей одновременную работу комплекса в режиме обогрева и охлаждения воздуха, подаваемого системой вентиляции.
Система управления комплексом может быть дополнительно снабжена пультом дистанционного управления.
Контейнер может быть размещен на опорной поверхности и может дополнительно включать грузовой автомобиль, предпочтительно, марки «КАМАЗ», «МАЗ»,«УРАЛ», на платформе которого контейнер может быть установлен и закреплен, т.е. платформа автомобиля является опорной его поверхностью.
Стенки контейнера в отсеке системы вентиляции могут быть выполнены со съемными панелями.
В качестве электронагревательного элемента в котле может быть использован отопительный прибор WARMOS-M-30.
Для производства питьевой воды из водозаборов подземных и поверхностных вод комплекс может быть снабжен комплексной трехуровневой системой очистки воды и бачком для питьевой воды.
Лопатки вентилятора могут быть выполнены с возможностью регулирования.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется графически.
На фиг.1 показан предлагаемый комплекс, установленный на платформе грузового автомобиля.
На фиг.2 схематично показана структура размещения систем комплекса внутри контейнера.
На фиг.3 показана схема тепловых потоков в системах комплекса: контуры циркуляции теплоносителя и контуры циркуляции хладагента в оборудовании систем обогрева и систем кондиционирования комплекса.
На фиг.4 укрупненно показан элемент ветрогенератора.
На фиг.5 схематично показана дополнительная система зарядки аккумуляторных батарей резервных источников электроснабжения - солнечных батарей и ветрогенератора.
Представленный на фиг.1-3 автономный комплекс технических средств жизнеобеспечения потребителей выполнен внутри теплоизолированного контейнера 1, размещенного и закрепленного на платформе 2 грузового автомобиля 3, например, «КАМАЗ». Контейнер 1 представляет собой объемную каркасную конструкцию с внешними габаритами: 6000×2300×2450 мм. Он имеет входную дверь 4, плоскую крышу 5 и отдельные отсеки для систем комплекса, разделенные перегородками 6, причем каждый отсек снабжен узлами присоединения силовых кабелей. Стенки 7 контейнера 1 могут быть выполнены со съемными панелями.
Автономный комплекс включает систему основного автономного энергоснабжения, содержащую одну дизель-электрическую установку, состоящую из дизельного двигателя 8 внутреннего сгорания и генератора 9 переменного тока, и резервные источники автономного электроснабжения, выполненные в виде ветрогенератора 10 номинальной мощностью по меньшей мере 200 Вт., установленного на контейнере 1 посредством телескопических элементов 11, и в виде солнечных батарей 12 суммарной номинальной мощностью по меньшей мере 660 Вт., закрепленных на плоской крыше 5 контейнера 1.
Генератор 9 переменного тока установлен с возможностью получения трехфазного переменного тока мощностью 95 квт. и связан с основной системой электроснабжения.
Комплекс снабжен дополнительной системой 13 зарядки аккумуляторных батарей, связанной с резервными источниками электроснабжения - солнечными батареями 12 и ветрогенератором 10, инвертором 14, установленным с возможностью получения однофазного переменного тока мощностью 1,5 квт., и общим для всей энергосистемы аккумулятором 15 системы электроснабжения.
Двигатель 8 внутреннего сгорания снабжен нейтрализатором 16 отработавших газов, глушителем 17 их шума и трехходовым клапаном 18 в выпускном трубопроводе 19 и теплообменниками-утилизаторами 20 и 21 тепла отработавших газов, и/или охлаждающей жидкости - соответственно, поскольку дизельный двигатель может быть как с жидкостным, так и с воздушным охлаждением. При этом трехходовой клапан 18 установлен между глушителем 1-7 и теплообменником-утилизатором для возможности переключения потока отработавших газов в теплообменник-утилизатор или минуя его.
Система топливоснабжения содержит емкость 22 с топливом, сообщенную для подвода топлива с двигателем 8 внутреннего сгорания.
Комплекс выполнен с системой обогрева, системой вентиляции и системой кондиционирования, системой освещения, пожарной сигнализации, пожаротушения и системой связи, а также системой управления комплексом.
Система 23 связи содержит приемопередающую станцию спутниковой связи с антенной, приемную станцию спутникового ТВ, АТС с антеннами, станцию эфирного вещания, комплект оборудования передачи данных, комплект оборудования для обеспечения беспроводной связи, комплект оборудования охранной сигнализации /не показаны/.
На наружной торцевой, удаленной от двигателя 8 внутреннего сгорания стенке 7 контейнера 1 выполнено входное отверстие 24 с регулируемой заслонкой 25 забора атмосферного воздуха и закреплены гибкие теплоизолированные воздуховоды 26, /предпочтительно, два/ снабженные воздухораспределительными коробами 27, установленными с возможностью подачи воздуха потребителям, например, в помещения стационарных вахтовых сооружений. Для забора воздуха из помещений потребителей предусмотрены также теплоизолированные воздуховоды 28 /предпочтительно, два/. Воздуховоды 28 выполнены с регулируемыми жалюзи 29, фильтром 30 и вентилятором 31.
3
Система вентиляции снабжена также датчиками 32 и 33 температуры входящего в контейнер 1 и выходящего из него воздуха соответственно, датчиком 34 влажности воздуха и датчиком 35 засорения фильтра 30 и обеспечивает циркуляцию воздуха по меньшей мере 9000 м/час при давлении 120 мм водного столба.
Система кондиционирования выполнена в виде двух параллельно соединенных с одним испарителем 36 контуров циркуляции хладагента, каждый из которых содержит последовательно сообщенные между собой посредством трубопроводов генератор 37 паров хладагента повышенного давления, конденсатор 38 паров хладагента, обдуваемый автономным вентилятором 39, ресивер 40 для устранения воды из конденсированных паров хладагента, причем каждый контур циркуляции хладагента снабжен дросселем 41, установленным с возможностью снижения давления паров хладагента до заданной величины. Переключение режима работы системы кондиционирования на режим теплового насоса осуществляется изменением направления циркуляции хладагента по контуру четырехходовыми клапанами 42 и 43.
Так, при работе в режиме кондиционирования четырехходовые клапаны 42 и 43 включены так, что циркуляция хладагента осуществляется: из генератора 37 паров хладагента повышенного - давления хладагент поступает в конденсатор 38, проходит через дроссель 41, ресивер 40, испаритель 36 и поступает обратно в генератор 37.
Так, при работе в режиме «теплового насоса» после переключения четырехходовых клапанов 42 и 43 циркуляция хладагента осуществляется в противоположном направлении следующим образом: хладагент циркулирует по контуру из генератора 37 паров хладагента повышенного давления хладагент поступает в испаритель 36 и далее в ресивер 40, через дроссель 41 обратно в генератор 37.
Система обогрева воздуха содержит теплообменник 44 обогрева воздуха, подключенный к снабженному циркуляционным насосом 45, расширительным бачком 46 и регулирующими четырехходовыми клапанами 47 и 48 контуру принудительной циркуляции жидкого теплоносителя через теплообменники-утилизаторы 20 и 21 тепла отработавших газов и/или охлаждающей жидкости двигателя 8 внутреннего сгорания соответственно, и через котел 49, снабженный по меньшей мере одним электронагревательным элементом 50, причем теплообменник 44 обогрева воздуха установлен в одном блоке с испарителем 36 с возможностью протягивания воздуха через них одним общим вентилятором 31 и нагрева воздуха при работе системы кондиционирования в режиме теплового насоса.
Система управления комплексом содержит стационарно размещенный в отсеке оператора пульт 51 управления всеми системами комплекса, и включает регулирование параметров воздуха, подаваемого потребителю. Она содержит регулятор открытия заслонки 25 забора воздуха из атмосферы, регулятор открытия трехходового клапана 19 в выпускном трубопроводе 19 двигателя 8 внутреннего сгорания и регулятор открытия регулирующих четырехходовых клапанов 47 и 48 в контурах циркуляции потока жидкого теплоносителя в зависимости от показаний датчиков 32 и 33 температуры входящего в контейнер 1 и выходящего из него воздуха соответственно, датчика 34 влажности воздуха и датчиков 35 засорения фильтров 30, а также четырехходовых клапанов 42 и 43 и дросселей 41 системы кондиционирования. Система управления комплексом посредством четырехходовых клапанов 42 и 43, размещенных в обводных трудопроводах контура циркуляции хладагента системы кондиционирования, выполнена с возможностью осуществления блокировки, исключающей одновременную работу комплекса в режиме обогрева и охлаждения воздуха, подаваемого системой вентиляции. Система управления комплексом может быть выполнена с пультом 52 дистанционного управления.
В качестве электронагревательного элемента 50 в котле 49 может быть использован отопительный прибор WARMOS-M-30.
Лопатки вентилятора 31 могут быть выполнены с возможностью регулирования.
Автономный комплекс может быть снабжен комплексной трехуровневой системой 53 очистки воды из подземного источника 54 и бачком 55 очищенной питьевой воды.
Предлагаемый автономный комплекс технических средств жизнеобеспечения потребителей, расположенных за пределами контейнера этого комплекса, успешно прошел испытания и подготовлен к внедрению.
Предлагаемый комплекс необходим для вахтовых поселков различных назначений, имеющих жилую и рабочую зоны. Он позволяет повысить эффективность и надежность длительной безаварийной эксплуатации комплекса в условиях удаленности потребителей от развитых инфраструктур, при сложных атмосферных условиях: повышенных до плюс 50 градусов Цельсия и пониженных до минус 50 градусов Цельсия температурах атмосферного воздуха, поскольку снабжает потребителей электричеством, элементами телекоммуникационной сети, теплым или охлажденным в системе кондиционирования воздухом и водой, в том числе и питьевой, очищенной из водозаборов подземных и поверхностных вод, а также повысить многофункциональность комплекса.