ОТОПИТЕЛЬНО-ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ ВЕРТИКАЛЬНОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ С ЭЛЕКТРОГЕНЕРАЦИЕЙ

Полезная модель выполняет две функции: отопительно-водогрейную и электрогенерирующую. В зимний отопительный период основной функцией будет являться отопительная, в летний же период - электрогенерирующая.
Недостатком известных отопительно-водогрейных систем является практически невозможность процесса рекуперации энергии, потраченной на подъем теплоносителя на высоту этажей, и возвращения этой энергии в электрической форме.
Для высотных зданий наличие насосных станций, помещений для них, расход электроэнергии на их работу, а также их обслуживание является значительным обременением.
В централизованных системах отопления и энергоснабжения ощутимая часть энергии теряется при транспортировке, что вместе с затратами на инфраструктуру и ее обслуживание ведет к удорожанию тарифов.
Технический результат, достигаемый в заявленной полезной модели, заключается в достижении наилучших технико-экономических показателей на входе в отопительную и электрическую системы здания, относительно иных действующих технических устройств с такой же функцией.
В основе конденсатно-парового отопительно-водогрейного котла находится тепловой двигатель на низкопотенциальном теплоносителе (заявка на изобретение №2010133608) со встроенными в него миниветряками (ВЭУ) приводимых в движение паровым ветром, и двумя электрогенераторами, приводимых во вращение гидравлической и паровой турбинами. Электрогенераторы всех генерирующих устройств котла могут находиться как внутри так и вне его.
Описание полезной модели поясняется чертежом, где дан общий вид установки. Установка работает следующим образом.
Двигатель, в виде полого, вертикально расположенного цилиндра, состоит из, герметично соединенных между собой, конденсатора 1 и испарителя 2. Из внутреннего общего объема откачивается воздух, до технического вакуума, и заправляется рабочим веществом. В испарителе находится жидкая фракция 3, а в конденсаторе - насыщенный пар данного вещества. Конденсатор состоит из секции 4 (внутренние секции) в целях максимизации кинетической мощности конденсатного потока и равномерного по высоте съема конденсата с вертикальных теплообменных поверхностей. Конденсатор находится выше испарителя. Также внутри конденсатора находится сливной канал 5, специально устроенный из эластичных непроницаемых сопел 6 с теплоизолирующими свойствами, для создания ламинарно-текущего, сплошного и непрерывного конденсатного потока.
Конденсация происходит от того, что насыщенный пар в котле, имеющий температуру, задаваемую испарителем, и соответствующую ей давление, охлаждается на вертикальных теплообменных поверхностях внутренних секций, охлаждаемых (имеющих тепловой контакт с) отопительным агентом внешних секций. Конденсатный поток определенной кинетической мощности, приводящий во вращение электрогенератор 7 посредством гидротурбины 8 - это первый источник электрогенерации в котле.
Вторым источником электрогенерации является система миниветряков-вентиляторов 9, расположенных, в посекционных ответвлениях паропровода 10, и использующих энергию напора пара (ветра), вызванного перепадом давлений в испарителе и внутренних секциях конденсатора, так как при конденсации постоянно расходуется определенный объем пара в единицу времени. Режим вентиляторов применяется для нагнетания пара в секции и тем самым повышения их теплопроводимости.
Например - в сильные морозы. Также регулировать теплопроводимость секции в определенных пределах можно изменением электрической нагрузки ветряков.
Третьим источником электрогенерации будет являться паросиловая установка, состоящая из двух, как минимум, парогенераторов 11, приводящая в движение электрогенератор 12 посредством паровой турбины. Парогенераторы будут работать (выдавать пар) поочередно. Тем самым преследуется цель минимизации энергии, накапливаемой в парогенераторе - для повышения безопасности котла. Время работы одного парогенератора должно быть равно времени приготовления к работе другого (его наполнения). Наполнение происходит посредством обратного клапана под действием столба жидкости в испарителе после остывания и спада давления в парогенераторе до его уровня в испарителе. Поочередность работы достигается за счет периодического перераспределения подачи топлива под парогенераторами.
Возможен вариант, когда паровая и гидравлическая турбины находятся на одном валу, и будет достаточно одного электрогенератора. Конденсатор окружен кожухом 13, создающим с поверхностью конденсатора объем для охлаждающей жидкости (отопительного агента). Этот объем разбит на секции 14 по вертикали (внешние секции). Высота секций равна высоте этажа. Секция служит для отопления и горячего водоснабжения одного этажа или его части. Этажная (горизонтальная) циркуляция отопительного агента будет осуществляться отдельными регулируемыми электронасосами с обратной связью по температуре выхода агента из секции.
В секциях также встроены трубопроводы (змеевики) для горячего водоснабжения и ТЭНы для возможного дополнительного подогрева отопительного агента в зимний период. На определенном расстоянии от внешней поверхности котла будут находиться теплоизолирующие щиты, составляющие внешний кожух 16. Объем, сформированный теплоизолирующим кожухом и внешней поверхностью отопительных секций, будет прогреваться до температуры отопительного агента. В зимний период этот прогретый объем воздуха будет выравнивающим фактором по температуре для отопительных секций. В этом же объеме будет находиться дымоходная труба, отдавая ему часть тепла, охлаждаясь примерно до ста градусов по Цельсию. В летний же период, когда ради увеличения электрогенерации до необходимого уровня, придется «сбрасывать» тепло в атмосферу, будет открыта заслонка 17 в горловине теплоизолирующего кожуха и часть щитов внизу его. Устремленный вверх, горячий воздух явится четвертым источником электрогенерации, приводя во вращение аэротурбину с генератором 18. Возможен вариант при котором в этом будут участвовать и дымоходные газы. Меняя место открытия теплоизоляционных щитов по высоте, получаем дополнительный инструмент регулирования тепла, «сбрасываемого» в атмосферу.
Испаритель тоже находится в теплоизолирующем кожухе 19. Объем сформированный внешней стороной испарителя и кожухом - есть топка котла. Испаритель, по сути состоящий из двух (или более) парогенераторов, подогревается реакцией горения топлива, количество которого регулируется по температуре отопительной «обратки».
Доля электрогенерации от конденсатного потока в общем объеме, выдаваемой котлом энергии, увеличивается с ростом высоты конденсатора (этажности строения) и глубины нахождения испарителя. Начиная с определенной общей высоты котла Н, для здания данной этажности, процентное соотношение между тепловой и электрической мощностями, выдаваемой котлом, начинает соответствовать структуре потребляемой энергии в летний период, при минимуме тепловой мощности: только для горячего водоснабжения. В зимний же период, когда возрастает потребление только тепловой энергии, а производство котлом электроэнергии также возрастает пропорционально увеличению тепловой, структура выдаваемой энергии приводится в соответствие с потребляемой, переключением избыточной электрической мощности на подогрев отопительного агента в секциях посредством ТЭНов, либо ее выдачи внешним потребителям.
Все четыре источника электрогенерации целесообразно встроены в тракт движения промежуточного теплопередающего рабочего вещества и воздуха, охлаждающего котел в летний период.
Электрогенерация от конденсатного потока по сути является рекуперацией тепловой энергии, затраченной на подъем промежуточного теплоносителя (пара) к секциям конденсатора.
Общая высота котла Н тем меньше, чем меньше удельная теплота парообразования рабочего вещества. При эксплуатации котла высотой меньше Н, недостающую в летний период электроэнергию придется, либо компенсировать от внешнего источника (электросетей), либо наращивать электрогенерацию котла, «сбрасывая» тепло в атмосферу и приводя в том числе в действие четвертый источник электрогенерации. Это вопрос экономической целесообразности.
Область применения: для отопления, горячего водоснабжения и электропитания жилых, офисных и промышленных зданий - особенно высотных.
Причем, чем ниже среднегодовая температура местности, чем выше здание, чем меньше удельная теплота парообразования рабочего вещества при рабочих условиях и чем больше глубина расположения испарителя, тем больше экономический эффект от применения котла. Это связано с повышением КПД установки по электрогенерации, так как электроэнергия в своем тепловом эквиваленте в «разы» дороже тепловой.
Предварительные расчеты при использовании газа в качестве топлива показывают, что тепловая и электрическая энергии, выдаваемые котлом, в четыре и четырнадцать раз соответственно дешевле тарифов (по городу Москве). Имеется в виду зимний период, не связанный с выбросом тепла в атмосферу.
Преимущества котла
1. Не растрачивается энергия на подъем теплоносителя на этажи, не вкладываются средства в оборудование, помещения и эксплуатацию насосных станций.
2. Себестоимость тепловой и электрической энергий будет значительно ниже тарифов, ввиду отсутствия распределяющее-транспортирующих посредников.
3. Безопасность котла, при негорючем рабочем веществе.
4. Нет надобности в строительстве отдельностоящей дымоходной трубы и отдельного здания для котла. Способ монтажа и его местонахождение - «прислонение» к тыльной стороне подъезда, тыльной стене здания и т.д.
5. Из-за небольшого удельного веса котла, приходящегося на этаж, поддерживающим будет само строение, т.е. не нужны массивные опорно-поддерживающие конструкции.
6. Посекционная, «поэтажная» технология сборки котла на «месте».
7. Из-за низкой себестоимости получаемой электроэнергии - реальная возможность дегазификации кухонь жилых зданий.