(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (13) (51) T3 Int.Cl. F25B 25/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 2011/42 EP B1 (54) Tytuł wynalazku: Sposób dostarczania energii termicznej (30) Pierwszeństwo: AT (43) Zgłoszenie ogłoszono: w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2008/42 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 2012/03 (73) Uprawniony z patentu: Schilling Treuhand GmbH, Wien, AT (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP T3 WALTER KIRNICH, Wien, AT (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Janusz Nowakowski PRZEDSIĘBIORSTWO RZECZNIKÓW PATENTOWYCH PATPOL SP. Z O.O. SKR. POCZT Warszawa 130 Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 V5907PL00/KAK Opis [0001] Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu według części nieznamiennej zastrzeżenia patentowego 1. [0002] Z opisu US 6,735,969 A jest znane wykorzystywanie silnika gazowego do napędzania pompy cieplnej, przy czym równocześnie wspólnie wykorzystuje się ciepło powstające na samym silniku gazowym. Możliwe jest zatem wprawdzie podniesienie dostarczanej ilości ciepła wyraźne powyżej ilości ciepła, odpowiadającej wartości opałowej użytego paliwa, wydajność systemu jest jednak w porównaniu z koniecznym nakładem niezadowalająca. Ograniczone są zwłaszcza możliwości regulacji takiej instalacji. [0003] Ponadto, opis CN A pokazuje system z silnikiem gazowym, pompą cieplną i absorberem energii słonecznej, w przypadku którego ciepło, wytworzone w absorberze energii słonecznej jest dostarczane z jednej strony do ciepła w obiegu parownika albo z drugiej strony może być prowadzone do urządzeń odbiorczych. Przy tym, w wymienniku ciepła występuje układ równoległy obiegu pompy cieplnej i obwodu solarnego. [0004] Wreszcie, opis EP A opisuje sposób wspomnianego na wstępie rodzaju, w którym pompę cieplną napędza się przez silnik gazowy i w którym ciepło wytworzone przez pompę cieplną przekazuje się do urządzeń odbiorczych razem z ciepłem odlotowym silnika gazowego, przy czym obieg parownika pompy cieplnej zasila się ciepłem z absorbera energii słonecznej. [0005] Zadaniem wynalazku jest opracowanie możliwości, polegającej na sensownej eksploatacji również wtedy, gdy absorber energii słonecznej ochładza się poniżej temperatury otoczenia. Możliwe jest przykładowo w ramach wynalazku, wykonanie absorbera energii słonecznej jako tafli lodowiska, to znaczy, że od tego elementu konstrukcyjnego odciąga się tyle ciepła, że można utworzyć powierzchnię lodową. Podczas eksploatacji letniej, z drugiej strony, ciepło powstające w absorberze energii słonecznej przy stosunkowo wysokich temperaturach musi być optymalnie wykorzystywane. Oprócz tych stanów eksploatacji istnieją jednak również stany eksploatacji, w których występuje nasłonecznienie, lecz jest ono słabe albo w których przy występującym nasłonecznieniu, jednak bardzo niskich temperaturach zewnętrznych w absorberze energii słonecznej nie można osiągnąć wystarczająco wysokich temperatur, aby bezpośrednio zasilać urządzenie odbiorcze. W rozwiązaniu znanym z wyżej wspomnianego dokumentu, w takim stanie eksploatacji jest konieczne prowadzenie przez obieg pompy cieplnej całej ilości ciepła absorbera energii słonecznej. [0006] Kolejne zadanie niniejszego wynalazku polega na takim rozwinięciu sposobu opisanego powyżej rodzaju, że można znacznie ograniczyć zużycie paliwa, przy czym powinna być osiągalna możliwie znaczna regulacja. Szczególnym zadaniem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu, łączącego w optymalny sposób różne wymagania, takie jak dostarczenie ciepła grzejnego, ogrzewanie wody ciepłej i ogrzewanie pływalni. Kolejnym zadaniem niniejszego wynalazku jest opracowanie urządzenia do przeprowadzania takiego sposobu. [0007] Według wynalazku, zadania te rozwiązuje się przez cechy zastrzeżenia patentowego 1. Istotne w niniejszym wynalazku jest to, że absorber energii słonecznej nie jest stosowany równolegle, względnie nie tylko równolegle do pompy cieplnej, lecz że za pomocą sposobu według wynalazku możliwe jest również odpowiednie podniesienie poziomu temperatury ciepła, dostarczanego na absorberze energii słonecznej, w 1

3 celu osiągnięcia optymalnego zasilania różnych grup urządzeń odbiorczych. Przy tym, rozwiązanie według wynalazku umożliwia zwłaszcza prowadzenie poprzez obieg pompy cieplnej części ilości ciepła z absorbera energii słonecznej, równocześnie jednak oddawanie poprzez wymiennik ciepła części ciepła bezpośrednio do właściwych urządzeń odbiorczych. W ten sposób można dalej podwyższyć sprawność. [0008] W danym kontekście pod określeniem absorbera energii słonecznej rozumiany jest absorber energii słonecznej, wykonany zasadniczo jako swobodnie leżący system rur giętkich. W przeciwieństwie do tego, wysokosprawne absorbery posiadają pokrywę ze szkła, co umożliwia podwyższenie wydajności przy nasłonecznieniu, ponieważ zmniejsza się promieniowanie termiczne. W przypadku absorberów energii słonecznej niniejszego wynalazku, niedogodność ta jest świadomie akceptowana, ponieważ w ten sposób osiąga się znacznie ulepszone przechodzenie ciepła, gdy nie występuje lub gdy występuje tylko nieznaczne nasłonecznienie. Ponadto, możliwe jest w prosty sposób ukształtowanie absorberów energii słonecznej, tak że można po nich przechodzić i stosować je jako powierzchnia użytkowa, jak przykładowo jako tafla lodowiska. [0009] Szczególnie korzystne jest, gdy medium ogrzane przez absorber energii słonecznej prowadzi się w pierwszym układzie obejściowym, w zależności od poziomu temperatury obwodu solarnego, do kondensatora pompy cieplnej. W ten sposób można osiągnąć to, że przy odpowiedniej podaży ciepła na absorberze energii słonecznej może być on łączony z odpowiednimi urządzeniami odbiorczymi. Przy tym, medium nośnika ciepła może być prowadzone bezpośrednio do urządzeń odbiorczych albo poprzez kondensator pompy cieplnej do dodatkowego ogrzewania wtórnego. Jeśli w tym kontekście jest mowa o tym, że medium ogrzane przez absorber energii słonecznej prowadzi się do określonego punktu, to powinno to obejmować również przypadek polegający na tym, że jest pośrednio włączony wymiennik ciepła. Obowiązuje to również dla analogicznych sformułowań poniżej. [0010] Szczególnie korzystne jest, gdy ciepło odlotowe silnika gazowego i ciepło na kondensatorze pompy cieplnej doprowadza się do różnych grup urządzeń odbiorczych. W ten sposób można wykorzystywać różne poziomy temperatur w optymalny sposób i znacznie ułatwia się regulację instalacji. Zwłaszcza, w tym kontekście korzystne jest, gdy ciepło odlotowe silnika gazowego doprowadza się do układu grzejnego i układu przygotowującego ciepłą wodę, podczas gdy ciepło, powstające na kondensatorze doprowadza się do pływalni. Można przez to zmniejszyć straty, ponieważ poziom temperatury na silniku gazowym jest z reguły wyższy niż na pompie cieplnej przynajmniej wtedy, gdy próbuje się eksploatować ją w energetycznie korzystnym stanie eksploatacji. [0011] Szczególnie korzystne jest, gdy ciepło odlotowe silnika gazowego i ciepło na kondensatorze pompy cieplnej doprowadza się do różnych grup urządzeń odbiorczych. W ten sposób można wykorzystywać różne poziomy temperatur w optymalny sposób i znacznie ułatwia się regulację instalacji. Zwłaszcza, w tym kontekście korzystne jest, gdy ciepło odlotowe silnika gazowego doprowadza się do układu grzejnego i układu przygotowującego ciepłą wodę, podczas gdy ciepło, powstające na kondensatorze doprowadza się do pływalni. Można przez to zmniejszyć straty, ponieważ poziom temperatury na silniku gazowym jest z reguły wyższy niż na pompie cieplnej przynajmniej wtedy, gdy próbuje się eksploatować ją w energetycznie korzystnym stanie eksploatacji. [0012] Szczególnie szeroka możliwość odmiany zastosowań występuje, gdy absorber energii słonecznej ochładza się przez parownik pompy cieplnej na tyle, że może być on wykorzystywany jako tafla lodowiska. 2

4 W ten sposób w eksploatacji zimowej z jednej strony można uzyskać taflę lodowiska, a z drugiej strony ogrzewanie pływalni krytej z minimalnym użyciem energii. [0013] Ponadto, niniejszy wynalazek dotyczy urządzenia do dostarczania energii termicznej z silnikiem gazowym, napędzającym pompę cieplną i z urządzeniami do przenoszenia ciepła, wytworzonego przez silnik gazowy i ciepła, powstającego na parowniku pompy cieplnej do urządzeń odbiorczych. Optymalne użycie energii osiąga się w tym kontekście przez to, że jest przewidziany absorber energii słonecznej, połączony z obiegiem parownika pompy cieplnej. [0014] Energia powstająca na absorberze energii słonecznej może być jednak optymalnie użyta w zależności od nasłonecznienia przez to, że układ obejściowy łączy absorber energii słonecznej z kondensatorem pompy cieplnej. [0015] Energia termiczna powstająca na silniku gazowym, może być wykorzystywana w szczególnie korzystny sposób przez to, że jest przewidziany spalinowy zawór obejściowy, regulujący poziom temperatury obiegu spalin silnika gazowego. W analogiczny sposób jest również korzystne, gdy jest przewidziany zawór obejściowy obiegu chłodzenia, regulujący poziom temperatury obiegu chłodzenia silnika gazowego. Można przez to eksploatować nie tylko sam silnik gazowy w optymalnych warunkach termicznych, można również dopasowywać poziom temperatury w szczególnie korzystny sposób do poziomów ciepła, wymaganych przez urządzenia odbiorcze. [0016] Przez sprzężenie generatora można wytwarzać dodatkowo energię elektryczną, co odpowiednio powiększa możliwości użycia rozwiązania według wynalazku. [0017] Poniżej zostanie bliżej wyjaśniony niniejszy wynalazek na podstawie przykładu wykonania, przedstawionego na figurze. [0018] Figura pokazuje diagram połączeń instalacji wykonanej według wynalazku. [0019] Instalacja składa się z absorbera energii słonecznej 1, połączonego poprzez pierwszy system przewodów 10 z jednostką pompy cieplnej, oznaczoną ogółem jako 3. Jednostka pompy cieplnej 3 składa się z właściwej pompy cieplnej 2 i silnika gazowego 4, napędzającego sprężarkę 5 pompy cieplnej 2. Obieg pompy cieplnej 2 składa się ponadto z kondensatora 6, zaworu rozprężnego 7 i parownika 8. Parownik 8 jest połączony z pierwszym systemem przewodów 10, prowadzącym do absorbera energii słonecznej 1. Pompa 30 służy do tłoczenia medium w obwodzie solarnym. [0020] Poprzez zawory regulacyjne 11, 12, absorber energii słonecznej można połączyć opcjonalnie z pierwszym wymiennikiem ciepła 13, stanowiącym część pierwszego układu obejściowego, oznaczonego ogólnie jako 14. Ten układ obejściowy jest połączony najpierw z kondensatorem 6 pompy cieplnej 2 i prowadzi następnie do urządzeń odbiorczych, mianowicie pływalni otwartej 15 i pływalni krytej 16. Silnik gazowy 4 jest podzielony na figurze schematycznie na część spalinową 4a i część obiegu chłodzenia 4b. Oznacza to, że z jednej strony uzyskuje się ciepło z obiegu chłodzenia 4b, a z drugiej strony z systemu spalinowego 4a silnika gazowego. Ciepło z tych systemów jest odprowadzane przez pompy 17, 18 i zawory mieszające, wykonane jako zawór spalinowy 19 i jako zawór obejściowy obiegu chłodzenia 20. Ciepło doprowadza się poprzez czwarty wymiennik ciepła 22 i piąty wymiennik ciepła 23 do schematycznie zaznaczonego systemu grzejnego 24 i systemu przygotowującego ciepłą wodę 25. Poprzez kolejny zawór mieszający 26 i trzeci wymiennik ciepła 27 można, w zależności od poziomu temperatury przenosić ciepło między systemem do ogrzewania pływalni otwartej 15 i pływalni krytej 16 i systemem ogrzewania i dostarczania ciepłej wody. Kolejna pompa 28 służy do tłoczenia medium w układzie obejściowym 14. 3

5 [0021] Do silnika gazowego 4 jest ponadto przyłączony generator 31 do wytwarzania energii elektrycznej. Poprzez odpowiednie sprzężenie, względnie sterowniki osiąga się elastyczne okablowanie, tak że silnik gazowy może być używany tylko do wytwarzania energii elektrycznej poprzez generator 31 lub tylko do eksploatacji sprężarki 5 lub równocześnie do obydwu celów. [0022] Niniejszy wynalazek jest przeznaczony również do produkcji zimna. W tym celu, poprzez zawory 32, 33, 34, 35 odłącza się obwód absorbera energii słonecznej, a przez pompę 36 zasila się wymiennik ciepła, zaopatrujący poprzez pompę 37 zasobnik zimna 39. [0023] Poniżej zostanie bliżej objaśniona eksploatacja urządzenia według wynalazku. [0024] Przy niewielkim uzysku solarnym, przez odpowiednie ustawienie zaworów 11, 12, absorber energii słonecznej 1 łączy się głównie z parownikiem pompy cieplnej 2. W ten sposób przy odpowiednim wbudowaniu absorbera energii słonecznej można uzyskać również pewien udział ciepła ziemi, ponieważ odpowiednio obniża się poziom temperatury absorbera energii słonecznej 1. W pompie cieplnej 2, tak pobrane ciepło doprowadza się do wyższego poziomu temperatury i prowadzi się od kondensatora 6 przede wszystkim do pływalni otwartej 15, względnie do pływalni odkrytej 16. Przewód zwrotny od pływalni 15, 16 prowadzi się poprzez pierwszy wymiennik ciepła 13, gdzie jednak nie następuje zmiana temperatury, ponieważ przez ten wymiennik ciepła 13 nie przepływa medium solarne. Silnik gazowy 4 wykorzystuje się oprócz napędu pompy cieplnej 2 do oddawania ciepła, służącego do dostarczania ciepła grzejnego i wody ciepłej. Jeśli natomiast zapotrzebowanie na ciepło w pływalniach 15, 16 jest większe niż może być przekazane przez pompę cieplną 2, a z drugiej strony zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania wody ciepłej nie jest nadmiernie duże, wówczas poprzez trzeci wymiennik ciepła 27 można odprowadzać dodatkowo ciepło z silnika gazowego 4 do ogrzewania pływalni, co można sterować zaworem mieszającym 26. Na odwrót, przy niewielkim zapotrzebowaniu na ciepło dla pływalni 15, 16 może dojść do zawrócenia ciepła od pompy cieplnej 2 do układu grzejnego i układu przygotowującego ciepłą wodę. Przez odpowiednie czujniki temperatury, które nie są przedstawione na figurze, można zapewnić razem z również nieprzedstawionym regulatorem optymalną eksploatację instalacji. [0025] Gdy tylko na absorberze energii słonecznej 1 jest osiągalny wystarczająco wysoki poziom temperatury, wówczas można odprowadzać część powstającego ciepła poprzez pierwszy wymiennik ciepła 13 i prowadzić bezpośrednio do kondensatora 6 pompy cieplnej 2. W ten sposób odciąża się pompę cieplną 2 i zmniejsza się zużycie energii. [0026] Przez odpowiednią eksploatację w zimie można obniżyć poziom temperatury na absorberze energii słonecznej 1 przez parownik 8 pompy cieplnej 2 na tyle, że następuje tworzenie się lodu, przez co możliwe jest urządzenie tafli lodowej. [0027] Niniejszy wynalazek umożliwia zapewnienie optymalnego wykorzystania energii pierwotnej wspólnie z wykorzystaniem energii słonecznej. Można przy tym pokryć szczególnie szerokie spektrum zapotrzebowań. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób dostarczania energii termicznej, w którym pompę cieplną (2) napędza się silnikiem gazowym (4) i w którym ciepło wytworzone przez pompę cieplną (2) przekazuje się razem z ciepłem odlotowym silnika gazowego (4) do urządzeń odbiorczych (15, 16; 24, 25), przy czym obieg 4

6 parownika pompy cieplnej (2) zasila się ciepłem z absorbera energii słonecznej (1), znamienny tym, że medium nośnika ciepła, ogrzane w kondensatorze (6) pompy cieplnej (2), doprowadza się najpierw do urządzeń odbiorczych (15, 16) i prowadzi się z prądem względem urządzeń odbiorczych (15, 16), przez pierwszy wymiennik ciepła (13), będący częścią pierwszego układu obejściowego (14) połączonego z absorberem energii słonecznej (1). 2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że medium ogrzane przez absorber energii słonecznej (1) prowadzi się w pierwszym układzie obejściowym (14) w zależności od poziomu temperatury obwodu solarnego do kondensatora (6) pompy cieplnej (2) lub do urządzeń odbiorczych. 3. Sposób według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienny tym, że ciepło odlotowe silnika gazowego (4) i ciepło na kondensatorze (6) pompy cieplnej (2) doprowadza się do różnych grup urządzeń odbiorczych (15, 16; 24, 25), przy czym korzystnie ciepło odlotowe silnika gazowego (4) doprowadza się do układu grzejnego i przygotowującego ciepłą wodę (24, 25), podczas gdy ciepło powstające na kondensatorze (6) doprowadza się do pływalni (15, 16). 4. Sposób według jednego z zastrzeżeń 1 do 3, znamienny tym, że absorber energii słonecznej (1) ochładza się przez parownik (8) pompy cieplnej (2) na tyle, że jest on wykorzystywany jako tafla lodowa. 5. Urządzenie do dostarczania energii termicznej z silnikiem gazowym (4), napędzającym pompę cieplną (2) i z urządzeniami do przenoszenia ciepła, wytworzonego przez silnik gazowy (4) i ciepła powstającego na parowniku (8) pompy cieplnej (2) do urządzeń odbiorczych, przy czym jest przewidziany absorber energii słonecznej (1) połączony z obiegiem parownika pompy cieplnej (2), znamienne tym, że w układzie obejściowym, absorber energii słonecznej (1) jest połączony poprzez pierwszy wymiennik ciepła (13) z kondensatorem (6) pompy cieplnej (2), i że pierwszy wymiennik ciepła (13) jest umieszczony z prądem względem urządzeń odbiorczych (15, 16). 6. Urządzenie według zastrzeżenia 5, znamienne tym, że jest przewidziany spalinowy zawór obejściowy (19), regulujący poziom temperatury obiegu spalin silnika gazowego (4). 7. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń 5 albo 6, znamienne tym, że jest przewidziany zawór obejściowy obiegu chłodzenia (20), regulujący poziom temperatury obiegu chłodzenia silnika gazowego (4). 8. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń 5 do 7, znamienne tym, że są przewidziane dwie grupy urządzeń odbiorczych (15, 16; 24, 25), połączone z jednej strony z silnikiem gazowym (4), a z drugiej strony z parownikiem (8) pompy cieplnej (2) i że jest przewidziany korzystnie trzeci wymiennik ciepła (27) do przenoszenia ciepła między grupami urządzeń odbiorczych (15, 16; 24, 25), 9. Urządzenie według zastrzeżenia 8, znamienne tym, że jako pierwsza grupa urządzeń odbiorczych jest przewidziany układ ogrzewania pomieszczeń i przygotowujący ciepłą wodę (24, 25), a jako druga grupa urządzeń odbiorczych pływalnia (15, 16) albo tafla lodowiska. 10. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń 5 do 9, znamienne tym, że z silnikiem gazowym (4) jest sprzężony generator (31) do wytwarzania energii elektrycznej. 5

7

8 PUBLIKACJE CYTOWANE W OPISIE Poniższa lista publikacji cytowanych przez zgłaszającego ma na celu wyłącznie pomoc dla czytającego i nie stanowi części dokumentu patentu europejskiego. Pomimo, że dołożono największej staranności przy jej tworzeniu, nie można wykluczyć błędów lub przeoczeń i EUP nie ponosi żadnej odpowiedzialności w tym względzie. Dokumenty patentowe cytowane w opisie US A [0002] EP A [0004] CN A [0003] 6