ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2247850

КОМПАКТНЫЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АГРЕГАТ И МЕТОД ВЫРАБАТЫВАНИЯ ЭНЕРГИИ

КОМПАКТНЫЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АГРЕГАТ И МЕТОД ВЫРАБАТЫВАНИЯ ЭНЕРГИИ

Имя изобретателя: НОРДЕНТОФТ Торстен (DK) 
Имя патентообладателя: Нортрон АПС (DK)
Адрес для переписки: 191002, Санкт-Петербург, а/я 5, ООО "Ляпунов и партнеры", пат.пов. Н.Е.Свиридовой
Дата начала действия патента: 2000.05.17 

Изобретение посвящено компактному электроэнергетическому агрегату для вырабатывания энергии для энергоснабжения различных приборов, например бытовых электроприборов. Агрегат содержит корпус, в котором размещен двигатель внутреннего сгорания с воздушным охлаждением, генератор для вырабатывания электроэнергии, работающий от двигателя, вытяжную систему, воздухозаборник, сообщающийся с выпускным отверстием, средствами генерации потока для циркуляции холодного воздуха через генератор, двигатель и вытяжную систему и вокруг них, а также средства теплообмена для забора тепла из вытяжной системы и из потока циркулирующего воздуха и направления вышеуказанного тепла в полезную среду, например воду или воздух для полезного использования. Кроме того, изобретение посвящено методу вырабатывания энергии, методу автоматического управления энергией компактного электроэнергетического агрегата и системе управления энергией для реализации данного метода. Изобретение обеспечивает повышение эффективности агрегата.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение посвящено электроэнергетическому агрегату, охарактеризованному в преамбуле п.1 формулы изобретения. Изобретение также посвящено методу вырабатывания энергии, методу автоматизированного управления энергией компактного электроэнергетического агрегата и системе управления энергией для реализации данного метода.

Агрегат, аналогичный охарактеризованному в преамбуле п.1 формулы изобретения, известен из патента СССР №1575948.

Небольшие по размерам генераторы и дополнительное оборудование, например небольшие нагреватели и зарядные устройства, являются продуктами, которые предназначаются для широкого круга приложений. Такие типы небольших генераторов могут использоваться для питания нагревателей или других электроприборов, например, на грузовиках, теплоходах, жилых автофургонах, прицепах-дачах, для военных целей, в кризисных зонах и других территориях, где обычное снабжение электроэнергией и теплом невозможно.

Генератор работает от двигателя внутреннего сгорания для вырабатывания электроэнергии. Эта электроэнергия может использоваться для питания различных электроприборов, например электрических нагревателей, ламп, насосов и т.д., а также кондиционеров.

Двигатели внутреннего сгорания генератора могут быть с воздушным охлаждением, такие как, например, известные из документов GB-A-2213201, US-A-4835405, US-A-4608946 или DE-A1-3511123. Вокруг двигателя и генератора, в целях устранения избытка тепла и во избежание перегрева двигателя и генератора, создается постоянный воздушный поток. Прохождение потока охлаждающего воздуха осуществляется таким образом, чтобы уменьшить шум двигателя. Также в целях уменьшения шума от генератора в выхлопной системе устанавливается глушитель, а вокруг устройства устанавливается звуконепроницаемое защитное покрытие. Большинство устройств управляются регулировкой частоты вращения и, таким образом, частотой на выходе. Для работы в течение нескольких часов устанавливается небольшой топливный бак. Глушитель выхлопной системы (глушитель выхлопа) устанавливается для уменьшения шума.

Для производства тепла известны нагреватели, которые состоят из камеры сгорания, где сгорает топливо, и вентилятора, который обеспечивает поступление воздуха для сгорания. Небольшой топливный насос, который управляется главной электронной системой, контролирует количество топлива. Соответствующая панель управления обычно имеет счетчик времени, позволяющий осуществлять запуск и остановку в нужный момент времени.

Зарядные устройства обычно включают трансформатор, который реализован таким образом, что при достижении некоторого напряжения заряда значение тока становится очень близким к нулю, что, таким образом, обеспечивает простой механизм зарядки. К сожалению, точка, в которой батарея предполагается полностью заряженной, значительно зависит от температуры, и батареи редко заряжаются должным образом, что приводит к существенному износу и уменьшению времени жизни батареи.

В лодках, грузовиках, трейлерах и т.д. увеличение потребления энергии из-за возрастания количества приборов, например микроволновых печей, нагревателей, телевизоров и т.д., требует большой емкости батарей и мощных зарядных устройств для обеспечения соответствующего заряда батарей.

Например, насущной является необходимость в зарядке батарей, кондиционировании воздуха и обогрева в грузовиках при неработающем двигателе. Проблема обогрева может быть решена с использованием небольшого нагревателя на дизельном топливе, который при работе потребляет значительную энергию постоянного тока, таким образом, увеличивая необходимость большего заряда батарей. Кондиционирование воздуха возможно только тогда, когда двигатель грузовика работает, поэтому водителям приходится находиться при температуре окружающей среды, если двигатель выключен.

Например, из US-A-5433175 известен машинный генератор, работающий от дизельного двигателя с водяным охлаждением. Использование воды в качестве охладителя обеспечивает эффективное охлаждение в компактных системах и одновременно водяная система охлаждения обеспечивает эффект уменьшения шума. Известны также другие дизельные решения с водяным охлаждением, в частности для использования на морских объектах, которые реализуют очень хорошее уменьшение уровня шума и, следовательно, очень тихие и компактные генераторы.

Однако такие генераторы с водяным охлаждением обычно имеют низкую эффективность. Более того, системы с водяным охлаждением из-за необходимости наличия трубопроводов, каналов для воздушного потока и охладителей воздуха являются достаточно тяжеловесными. Поэтому генераторы с водяным охлаждением являются как тяжеловесными, так и несколько громоздкими, и, таким образом, не удобными для частых транспортировок.

Низкая эффективность является общей проблемой как для двигателя, так и для генератора. При преобразовании одного типа энергии в другой происходит потеря энергии. В двигателе, где происходит сгорание топлива, потери энергии происходят при передаче между двигателем и генератором и при преобразовании механической энергии в электрическую в генераторе. Недостаточное охлаждение, плохое поступление воздуха и плохая циркуляция внутри и вокруг двигателя также являются факторами, приводящими к плохим рабочим характеристикам электроэнергетических агрегатов. Уменьшение шумов в небольших генераторах обычно приводит к некоторому уменьшению мощности на выходе, хотя предпринимаются попытки минимизировать это уменьшение.

Эффективность также уменьшается при последующем подключении электроприборов, а современные небольшие генераторы на дизельных двигателях преобразуют в электрическую энергию только 20-30% полной энергии. Остальная энергия выделяется в виде бесполезного тепла.

Целью данного изобретения является предложение решения вышеобозначенных проблем, а также предложение метода вырабатывания энергии и управления генерацией энергии в компактных электроэнергетических агрегатах.

Данная цель достигается с помощью компактного электроэнергетического агрегата для генерации энергии для обеспечения энергией различных приборов, например, бытовых приборов на движущихся объектах, включающего

- корпус, в котором размещен двигатель внутреннего сгорания с воздушным охлаждением, содержащий выхлопную систему,

- генератор для производства электроэнергии, работающий от вышеуказанного двигателя,

- воздухозаборник, сообщающийся с выпускным отверстием и средствами генерации потока для циркуляции потока холодного воздуха через генератор, двигатель и выхлопную систему и вокруг них,

- первый теплообменник, приспособленный для забора тепла из выхлопной системы и направления этого тепла в полезную среду, и

- систему управления энергией, определяющую нагрузку на двигатель в целях распределения энергии согласно текущим потребностям, отличающегося тем, что

- агрегат также включает второй теплообменник, приспособленный для забора тепла из потока циркулирующего воздуха и направления этого тепла в полезную среду, например воздух или воду, для полезного использования.

Благодаря изобретению создан компактный электроэнергетический агрегат, который производит несколько типов энергии для потребления, например, в кабинах грузовиков, лодках, транспортных средствах для отдыха. При производстве как электрической, так и тепловой энергии для потребления, нет необходимости преобразовывать электроэнергию дополнительно для получения тепла. Это означает, что эффективность при производстве тепла повышается по сравнению с известными генераторами. Тепловая энергия, которая ранее считалась бесполезной, может быть повторно использована, например, для нагревания воды или воздуха. При охлаждении выходящего воздуха объем воздуха уменьшается и, таким образом, уменьшается уровень шума.

При использовании всей энергии, включая обычно бесполезное тепло, эффективность компактного электроэнергетического агрегата согласно данному изобретению может быть в огромной степени увеличена.

В предпочтительном воплощении компактного электроэнергетического агрегата в соответствии с изобретением средства генерации потока включают средства для генерации воздушного потока через генератор, двигатели и/или средства теплообмена. Это обеспечивает достаточное поступление воздуха для бесперебойной работы двигателя и хорошего охлаждения.

В предпочтительном воплощении корпус имеет внутреннюю и внешнюю камеры, причем между этими камерами предусмотрено пространство, разделенное на каналы, во внутренней камере размещены двигатель, генератор и средства теплообмена.

Каналы между внешней и внутренней камерами могут быть покрыты звукопоглощающим материалом. Тем самым обеспечивается хорошая циркуляция холодного воздуха, которая, в свою очередь, приводит к уменьшению шума от электроэнергетического агрегата.

В предпочтительном воплощении от внутренней камеры отходят несколько каналов, в которых с помощью первого и второго вентиляторов, которыми оснащена внутренняя камера, может циркулировать охлаждающий воздух, таким образом, что во внутренней камере создается холодная область между двумя вентиляторами и горячая область - после второго вентилятора. Таким образом обеспечивается эффективное охлаждение в результате циркуляции воздуха. В результате того, что в холодной области, где расположен воздухозаборник, создается избыточное давление, двигатель более эффективно охлаждается и, следовательно, работает более эффективно.

В предпочтительном воплощении первый вентилятор представляет собой маховик, закрепленный на валу генератора и направляющий воздух через генератор и вокруг него. Второй вентилятор установлен предпочтительней около воздухозаборника двигателя и предпочтительней является частью маховика двигателя, причем первый и второй вентиляторы выбираются по размеру такими, чтобы в холодной области создавалось более высокое давление, чем давление окружающей среды. Данное решение обеспечивает удовлетворительную циркуляцию воздуха довольно простым способом.

Средства теплообмена в электроэнергетическом агрегате в соответствии с предпочтительным воплощением изобретения включают первый теплообменник и второй теплообменник, причем первый теплообменник забирает тепло из выхлопной системы и нагревает циркулирующий охлаждающий воздух, а второй теплообменник забирает тепло из нагретого циркулирующего воздуха и наружного воздуха. В предпочтительном воплощении первый теплообменник представляет собой глушитель выхлопа, конструкция которого предусматривает значительное сопротивление потоку на выпуске и таким образом позволяет забирать тепло на выпуске. С помощью описанных двух теплообменников можно безопасно забирать тепло как из выпускной системы, так и из горячего окружающего воздуха, который оказывается нагретым в результате работы двигателя и генератора, т.е. из воздуха, который течет через двигатель и генератор. Второй теплообменник забирает тепло от горячего окружающего воздуха и представляет собой теплообменник типа воздух-воздух и/или воздух-вода. Второй теплообменник может также обеспечиваться средствами для нагрева воды и включать вспомогательный электронагревательный элемент и вентилятор. Это означает, что электроэнергетический агрегат в соответствии с данным воплощением изобретения может также обеспечивать нагревание воздуха или воды, так как второй теплообменник питается от электричества.

В предпочтительном воплощении электроэнергетический агрегат включает средства зарядки аккумуляторной батареи. Аккумуляторная батарея или батареи могут заряжаться во время работы двигателя. Эта зарядка может управляться автоматически в зависимости от нагрузки двигателя и текущей потребности в энергии на выходе электроэнергетического агрегата, а также фактической потребности в зарядке.

В предпочтительном воплощении двигатель внутреннего сгорания является дизельным двигателем, хотя могут использоваться и другие двигатели, например бензиновые или газовые двигатели, или, как альтернатива, может использоваться газовая турбина.

Второй аспект изобретения касается метода вырабатывания энергии компактным электроэнергетическим агрегатом, причем этот метод включает стадии сжигания топлива, например дизельного, бензина, газа и т.п., из источника топлива в двигателе внутреннего сгорания, преобразования потенциальной энергии топлива в механическую энергию, происходящего одновременно с генерированием тепла, преобразования вышеуказанной механической энергии в электрическую энергию в генераторе и в воздушный поток, проходящий через воздухозаборник и через генератор и двигатель, а также вокруг них, поглощения тепла, полученного при сгорании в двигателе и генераторе, по крайней мере, частью воздушного потока, поглощения тепла средствами теплообмена и направления вышеуказанного тепла в полезную среду, например воздух или воду, для полезного использования.

Метод в соответствии с данным аспектом изобретения предусматривает выделение энергии, в пригодной для потребления форме, от нескольких источников в компактном электроэнергетическом агрегате. Это означает, что повышается эффективность агрегата, компактный электроэнергетический агрегат становится автономным, так как нет необходимости в подключении к генератору внешних устройств для обеспечения подачи энергии, требующейся в данном месте.

В предпочтительном воплощении изобретения как минимум одна аккумуляторная батарея, например основная батарея и/или стартерная батарея, заряжается электрической энергией, вырабатываемой генератором.

Электроэнергия, вырабатываемая генератором, в предпочтительном воплощении преобразуется к стандартному напряжению переменного тока, например 220/115 В, так чтобы электроэнергетический агрегат мог заменять обычный источник энергии, соединенный через сеть с бытовыми электроприборами, например с кофеваркой, микроволновой печью и т.д. Предпочтительно, чтобы было два дополнительных выхода, обеспечивающих напряжение 12/24 В постоянного тока 60/30 А для зарядки основной батареи и напряжение 12/24 В постоянного тока 10/5 А для зарядки стартерной батареи.

В соответствии с методом изобретения может осуществляться также кондиционирование воздуха с помощью кондиционеров, питающихся электроэнергией. Это означает, что температуру в кабине или в подобном месте, где размещается электроэнергетический агрегат, можно регулировать. К системе управления электроэнергетического агрегата также можно подключать термостат, что позволяет регулировать температуру в помещении путем использования либо кондиционера воздуха, либо средств теплообмена воздуха. Теплообмен происходит в два этапа, как описано выше: первый теплообменник забирает тепло из выхлопной системы и передает его воздушному потоку, а второй теплообменник забирает тепло из воздушного потока и передает его в полезную среду.

Дополнительный аспект данного изобретения посвящен системе управления энергией и методу автоматизированного управления энергией компактного электроэнергетического агрегата, описанного выше. Метод автоматизированного управления энергией включает этапы определения нагрузки на двигатель, определения потребности в электрической и механической энергии и ввода этих параметров в средства управления энергией, включающие компьютерные средства, соединенные со средствами регулирования, а также регулирования производства энергии и распределения вышеуказанной энергии согласно определенной потребности в электрической и механической энергии соответственно.

При этом электроэнергетический агрегат может функционировать автоматически, облегчая тем самым его эксплуатацию.

Согласно предпочтительному воплощению вышеуказанного метода определение потребности в энергии включает определение емкости как минимум одной аккумуляторной батареи, и имеющуюся в распоряжении энергия регулируют согласно потребности в электрической и механической энергии.

Система управления энергией может автоматически запускать и останавливать двигатель в соответствии с текущими потребностями.

Изобретение также включает систему управления энергией для реализации метода в соответствии с третьим аспектом данного изобретения, причем эта система включает датчики для измерения производительности и/или характеристик одного или более устройств преобразования энергии электроэнергетического агрегата, средства регистрации для определения требующейся в данный момент электрической и механической энергии на выходе электроэнергетического агрегата, а также компьютерные средства для управления одним или более средствами регулирования устройств преобразования энергии для приспособления видов производимой энергии электроэнергетического агрегата фактическим потребностям.

В соответствии с предпочтительным воплощением определяется текущая нагрузка на генератор и в соответствии с имеющейся в распоряжении энергией задается управление энергией, соответствующее программе, содержащей предопределенный набор приоритетов. При этом распределением энергии можно управлять с помощью компьютерного программного обеспечения. Это программное обеспечение может быть разработано в соответствии с условиями работы, например климатом и т.д., для которых предназначен компактный электроэнергетический агрегат.

Компьютерные средства предпочтительно включают пользовательский интерфейс для контроля за управлением энергией и для ввода в процесс управления энергией определенных пользователем характеристик функционирования. Тем самым возможно контролировать состояние системы, например, если один из компонентов изношен.

Система управления энергией включает управление как электрической, так и тепловой энергией, контроль температуры средств теплообмена и воздухозаборника электроэнергетического агрегата.

Изобретение в дальнейшем описывается более подробно со ссылками на конкретные воплощения и чертежи, на которых:

фиг.1 представляет изображение электроэнергетического агрегата в разобранном виде согласно предпочтительному воплощению изобретения,

фиг.2 представляет вид сбоку внутренней камеры электроэнергетического агрегата,

фиг.3 представляет вид внутренней камеры электроэнергетического агрегата сзади,

фиг.4 представляет объемное изображение внутренней камеры электроэнергетического агрегата,

фиг.5 представляет объемное изображение внутренней камеры электроэнергетического агрегата, но с другой стороны,

фиг.6 представляет схематичное изображение второго теплообменника,

фиг.7 представляет схематичную диаграмму системы управления энергией согласно изобретению,

фиг.8 представляет схематичное изображение потока энергии в электроэнергетическом агрегате согласно предпочтительному воплощению изобретения,

фиг.9 представляет блок-схему центрального компьютера, контролирующего систему управления энергией согласно предпочтительному воплощению изобретения.

КОМПАКТНЫЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АГРЕГАТ И МЕТОД ВЫРАБАТЫВАНИЯ ЭНЕРГИИ
   
   

На фиг.1-5 показан компактный автоматизированный электроэнергетический агрегат. Агрегат состоит из внутренней и внешней камер. Внутренняя камера содержит двигатель внутреннего сгорания 12, генератор 17, вспомогательный топливный бак 13 и первый теплообменник 5, 15. Этот первый теплообменник 5, 15 представляет собой специальный глушитель выхлопа, охлаждающий выхлопные газы из двигателя 12, забирая от них тепло и отдавая его потоку воздуха, циркулирующему во внутренней камере. В результате охлаждения происходит уменьшение объема выхлопных газов и, следовательно, уровня шума.

Внутренняя камера размещается на несущей платформе, содержащей металлическую несущую плиту 10 и маслосборник 11. На вышеуказанной несущей плите размещаются устройства, создающие вибрацию и шум. Вес несущей плиты таков, что она является противовесом устройствам, создающим вибрацию. Несущая плита 10 под двигателем является полой и включает часть маслосборника 11. Эта особенность обеспечивает длительную работу двигателя в промежутках между заменой масла и обеспечивает постоянную смазку при наклоне до и выше 30 градусов как продольном, так и поперечном. Эта несущая плита 10 смонтирована на раме 1, которая, в свою очередь, размещена на мате 2, уменьшающим вибрацию. Этот мат установлен внутри несущей плиты 4 внешней камеры и, таким образом, обеспечивает вибрационную изоляцию между внутренней и внешней камерами.

Все устройства, создающие шум и вибрацию, располагаются во внутренней камере, в том числе воздухозаборник и приводной ремень (не показан) между двигателем 12 и генератором 17, которые расположены рядом и параллельно друг другу. К задней части вала генератора крепится первый вентилятор 16. Воздухозаборник 18 первого вентилятора осуществляет забор воздуха через канал, который образован стенкой 14 внутренней камеры и стенкой 3 внешней камеры (не показаны на фиг. 2-5 для иллюстративных целей). Этот канал покрыт шумоизоляционной пеной или аналогичным покрытием, что обеспечивает шумовую изоляцию между внутренней камерой и окружающим пространством.

Воздух от первого вентилятора 16 направляется через генератор 17 и вокруг него, мимо приводного ремня, на второй вентилятор 9, который монтируется на двигателе 12. Пространство между двумя вентиляторами 9 и 16 образует холодную область внутренней камеры, в которой благодаря особенностям конструкции вентиляторов 9 и 16 имеет место более высокое давление относительно атмосферного давления окружающей среды. Воздухозаборник двигателя 12 располагается в этом пространстве, и двигатель, таким образом, эффективно охлаждается, что улучшает его работу. Генератор 17 имеет внутренний вентилятор, обеспечивающий внутреннюю вентиляцию. Второй вентилятор является также маховым колесом, к которому присоединяется электростартер. Повышенное давление в холодной секции помогает второму вентилятору направлять воздух через двигатель 12. Затем нагретый от двигателя 12 воздух направляется через первый теплообменник или устройство для улавливания тепла 5. Выхлоп от двигателя 12 также направляется через первый теплообменник 5, в результате чего тепло от выхлопа улавливается. Горячий воздух после первого теплообменника 5 направляют через канал, который находится между внутренней камерой 7 и внешней камерой 3. Этот канал покрыт шумоизоляционной пеной и, таким образом, обеспечивается шумовая изоляция между внутренней камерой и окружающим пространством.

Второй теплообменник 6 расположен снаружи внешней камеры 3. Второй теплообменник 6 представляет собой устройство теплообмена типа воздух-воздух и воздух-вода, см. фиг. 6. Он имеет входное отверстие 19 для забора горячего воздуха от первого теплообменника 5, выпускное отверстие 22 для выпуска воздуха для первого теплообменника 5, выпускное отверстие 23 для нагретого свежего воздуха, впускное отверстие 24 для холодной воды и выпускное отверстие 25 для горячей воды. Второй теплообменник 6 также содержит электрический вентилятор 21 и электронагревательный элемент 20. Электрический вентилятор обеспечивает поток свежего воздуха через второй теплообменник. Этот воздух может использоваться для нагревания. Электронагревательный элемент используется компьютером 15 системы управления энергией для обеспечения нагрузки на двигатель и, таким образом, увеличивает выработку тепла, когда нет другой нагрузки или нагрузка недостаточна.

Небольшой внутренний топливный бак 13, например бак на 200 мл топлива, установлен сбоку от двигателя 12. Это предотвращает попадание воздуха в топливную систему при подключении и отключении силовой установки (или МАСС - миниатюрной автоматизированной силовой системы) от стационарных установок. Этот внутренний топливный бак также обеспечивает аварийный запуск и возможность работы в течение ограниченного времени в случае полного отсутствия питания.

 

Центральный управляющий компьютер 15 расположен вместе с другой электроникой в защищенном от вибрации корпусе, который присоединен к внешней камере 3. Компьютер обеспечивает автоматический запуск и остановку МАСС, и распределяет всю имеющуюся в наличии энергию в соответствии с программой. На фиг. 7 схематически показаны различные потребители энергии от двигателя 12, которые управляются компьютером 15. Этими потребителями являются: горячий воздух 23 и горячая вода 25, выход переменного тока 27, предпочтительно, напряжением 220 В и мощностью 2200 Вт, кондиционер воздуха 26, основная батарея с температурной компенсацией 28 и стартерная батарея с температурной компенсацией 29. Компьютер обеспечивает также сервисное управление и регистрацию сбоев в работе. На выходе отслеживается величина электрической нагрузки по переменному току, и если нагрузка есть, то компьютер инициирует последовательность операций для запуска. Активируется топливный насос двигателя, сервомотор переводит выключающий рычаг в рабочее положение, и запускается электростартер. Отслеживается величина электрической нагрузки по переменному току на выходе генератора 17. Как только количество оборотов генератора достигает 40% от заданного количества оборотов в минуту, генератор начинает вырабатывать ток, и как только этот ток регистрируется компьютером, электростартер выключается.

Если через предопределенный период времени ничего не происходит, электростартер также останавливается. Через определенный период времени, который предпочтительно определяется в программном обеспечении, например одну минуту, делается попытка повторного запуска. Это будет продолжаться до тех пор, пока либо запуск станет успешным, либо будет сделано определенное количество попыток, причем вышеуказанное количество попыток предпочтительно определяется управляющим программным обеспечением, например 5 попыток. При неудаче запуска будет загораться служебная лампа на контрольной панели и на дисплее будет отображаться код отказа, показывающий причину отказа.

Следующие факторы могут инициировать последовательность запуска: а) наличие переменного тока, б) низкое напряжение в любых цепях зарядки батареи, в) запрос запуска вручную, г) запрос на нагревание, д) запрос на кондиционирование воздуха. Цепи зарядки батареи разделяются на две отдельные системы - 12В/60А или 24В/30А и 12В/10А или 24В/5А.

Каждая цепь имеет отдельные датчики, расположенные в каждом наборе батарей, которые контролируют температуру и напряжение. Используя эту информацию, компьютер будет инициировать запуск, когда батареи считаются разряженными, и обеспечивать автоматическую зарядку батарей согласно профилю динамической зарядки. Это обеспечивает оптимальную зарядку и уменьшает время зарядки.

Управление нагрузкой осуществляется путем измерения общей нагрузки генератора. Если нагрузка превышает допустимый максимум, она должна быть отключена согласно набору правил, определенных в программном обеспечении, где кондиционирование воздуха имеет наименьший приоритет, а зарядка батарей - наивысший.

Если запрашивается тепло, но нет нагрузки или имеется незначительная нагрузка, компьютер будет обеспечивать нагрузку двигателя с использованием электронагревательного элемента 21 второго теплообменника. Эта нагрузка контролируется динамически и определяется количеством требующегося тепла и нагрузки, необходимой для других потребителей, например для зарядки батарей.

Если нет запроса на нагревание или кондиционирование воздуха, нагрузку по переменному току или зарядку батареи, двигатель будет выключаться, если не вступит в действие процесс управления энергией в течение предопределенного периода времени, например, определенного в программном обеспечении MAPS (многоадресная система обработки), например три минуты.

На фиг. 8 иллюстрируется поток энергии согласно данному изобретению и разделение на различные типы энергии. 70% энергии, производимой компактным автоматизированным электроэнергетическим агрегатом согласно предпочтительному воплощению изобретения, представляет собой полезное тепло, 10% - бесполезное тепло и 20% - механическую энергию. Механическая энергия используется для работы генератора.

Как показано на графической схеме “Поток энергии”, топливо сжигается в двигателе, тем самым, производя тепло в выхлопной системе. Далее, как показано на графической схеме “механическая энергия”, двигатель запускает генератор. Генератор запускает вентилятор воздухозаборника, инициируя энергетическую схему “поток воздуха”. Генератор также вырабатывает электрическую энергию, как показано на графической схеме “Электрическая энергия”.

“Поток воздуха” обеспечивает охлаждение генератора и воздуха для двигателя. Воздух течет через первый теплообменник, где излишек тепла от выхлопной системы собирается в воздушный поток, который затем протекает через второй теплообменник и через электронагревательный элемент, и который может использоваться в соответствии с потребностями в горячей воде или горячем воздухе.

Электронагревательный элемент управляется электрической энергией, вырабатываемой генератором, как показано на схеме “Электрическая энергия”. Электрическая энергия также расходуется на стартерную батарею, основную батарею, на потребителей переменного тока и кондиционирование воздуха.

Вся потребляемая и вырабатываемая энергия управляется центральным управляющим компьютером. На фиг.9 показана блок-диаграмма предпочтительной реализации центрального управляющего компьютера. Компьютер имеет дисплей для контроля статуса процесса управления энергией, условий и возможных сбоев отдельных составляющих. Связанная с дисплеем панель управления служит для ручного введения данных для управления системой.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Компактный электроэнергетический агрегат для генерации энергии для обеспечения энергией различных приборов, например бытовых приборов на движущихся объектах, включающий корпус, в котором размещен двигатель внутреннего сгорания с воздушным охлаждением, содержащий выхлопную систему, генератор для производства электроэнергии, работающий от вышеуказанного двигателя, воздухозаборник, сообщающийся с выпускным отверстием и средствами генерации потока для циркуляции потока холодного воздуха через генератор, двигатель и выхлопную систему и вокруг них, первый теплообменник, приспособленный для забора тепла из выхлопной системы и направления этого тепла в полезную среду, и систему управления энергией, определяющую нагрузку на двигатель в целях распределения энергии согласно текущим потребностям, отличающийся тем, что агрегат также включает второй теплообменник, приспособленный для забора тепла из потока циркулирующего воздуха и направления этого тепла в полезную среду, например воздух или воду для полезного использования.

2. Компактный электроэнергетический агрегат по п.1, отличающийся тем, что средства генерации потока включают средства генерации воздушного потока через генератор, двигатель и/или средства теплообмена.

3. Компактный электроэнергетический агрегат по п.1 или 2, отличающийся тем, что корпус имеет внутреннюю и внешнюю камеры, причем между этими камерами предусмотрено пространство, разделенное на каналы, а во внутренней камере размещены двигатель, генератор и средства теплообмена.

4. Компактный электроэнергетический агрегат по п.3, отличающийся тем, что вышеуказанные каналы между внутренней и внешней камерами покрыты звукопоглощающим материалом.

5. Компактный электроэнергетический агрегат по п.3 или 4, отличающийся тем, что от внутренней камеры отходит несколько каналов, в которых с помощью первого и второго вентиляторов, установленных во внутренней камере, может циркулировать охлаждающий воздух так, что во внутренней камере создается холодная область между двумя вентиляторами и горячая область после второго вентилятора.

6. Компактный электроэнергетический агрегат по п.5, отличающийся тем, что первый вентилятор представляет собой маховик, закрепленный на валу генератора и направляющий воздух через генератор и вокруг него.

7. Компактный электроэнергетический агрегат по п.5 или 6, отличающийся тем, что второй вентилятор установлен около воздухозаборника двигателя и предпочтительней является частью маховика двигателя.

8. Компактный электроэнергетический агрегат по п.7, отличающийся тем, что первый и второй вентиляторы имеют такие размеры, чтобы в холодной области создавалось более высокое давление, чем давление окружающей среды.

9. Компактный электроэнергетический агрегат по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что средства теплообмена включают первый теплообменник и второй теплообменник, причем первый теплообменник забирает тепло из выхлопной системы и нагревает охлаждающий циркулирующий воздух, а второй теплообменник забирает тепло из горячего циркулирующего воздуха и свежего воздуха.

10. Компактный электроэнергетический агрегат по п.9, отличающийся тем, что первый теплообменник является глушителем выхлопа.

11. Компактный электроэнергетический агрегат по п.9 или 10, отличающийся тем, что второй теплообменник оборудован средствами для нагревания воды и содержит вспомогательный электронагревательный элемент и вентилятор.

12. Компактный электроэнергетический агрегат по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что электроэнергетический агрегат включает средства для зарядки батареи.

13. Компактный электроэнергетический агрегат по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что двигатель внутреннего сгорания является дизельным двигателем.

14. Способ вырабатывания энергии в компактном электроэнергетическом агрегате, охарактеризованном в любом из пп.1-13, включающий следующие этапы: сжигание топлива, например дизельного топлива, бензина, газа, поступающего из источника топлива в двигатель внутреннего сгорания, преобразование потенциальной энергии топлива в механическую энергию, происходящее одновременно с генерированием тепла, преобразование в генераторе вышеуказанной механической энергии в электрическую энергию и в воздушный поток, проходящий через воздухозаборник и через генератор и двигатель и вокруг них, поглощение тепла, полученного при сгорании в двигателе и в генераторе, по крайней мере, частью воздушного потока, поглощение тепла средствами теплообмена и направление вышеуказанного тепла в полезную среду, например, горячий воздух или горячую воду для полезных целей.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что, по крайней мере, одна батарея, например основная батарея и/или стартерная батарея, заряжается электроэнергией, произведенной генератором.

16. Способ по п.14 или 15, отличающийся тем, что воздушный поток может нагреваться с помощью электронагревательного элемента.

17. Способ по любому из пп.14-16, отличающийся тем, что электрическая энергия, произведенная генератором, преобразуется к напряжению переменного тока, например, 220/115 В.

18. Способ по любому из пп.14-17, отличающийся тем, что кондиционирование воздуха осуществляется средствами кондиционирования с электропитанием.

19. Способ по любому из пп.14-18, отличающийся тем, что первый теплообмен осуществляется путем забора тепла из выхлопной системы и поглощения вышеуказанного тепла воздушным потоком, а второй теплообмен осуществляется путем забора тепла из воздушного потока и направления этого тепла в полезную среду.

20. Способ автоматизированного управления энергией компактного электроэнергетического агрегата, охарактеризованного в любом из пп.1-13, для осуществления способа по любому из пп.14-18, включающий следующие операции: определение нагрузки двигателя, определение потребности в электрической и механической энергии и ввод этих параметров в систему управления энергией, включающую компьютерные средства, соединенные со средствами регулирования, регулирование производства энергии и распределение вышеуказанной энергии в соответствии с определенной потребностью в электроэнергии и механической энергии соответственно.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что определение потребности в энергии включает определение емкости, по меньшей мере, одной из батарей и регулирование произведенной энергии в соответствии с потребностью в электроэнергии и механической энергии.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что система управления энергией автоматически запускает и останавливает двигатель согласно текущим потребностям в энергии.

23. Система управления энергией для осуществления способа автоматизированного управления энергией компактного электроэнергетического агрегата, охарактеризованного в любом из пп.20-22, включающая датчики для измерения производительности и/или характеристик одного или более устройств преобразования энергии электроэнергетического агрегата, средства регистрации для определения требующейся в данный момент электрической и механической энергии на выходе электроэнергетического агрегата и компьютерные средства для управления одним или более средствами регулирования устройств преобразования энергии для приспособления видов производимой энергии электроэнергетического агрегата фактическим потребностям.

24. Система управления энергией по п.23, отличающаяся тем, что определяется текущая нагрузка на генератор и в соответствии с имеющейся в распоряжении энергией задается управление энергией, соответствующее программе, содержащей предопределенный набор приоритетов.

25. Система управления энергией по п.24, отличающаяся тем, что компьютерные средства включают пользовательский интерфейс для контроля за управлением энергией и для ввода в процесс управления энергией определенных пользователем характеристик функционирования.

26. Система управления энергией по пп.23-25, отличающаяся тем, что включает управление как электрической, так и тепловой энергией, контроль температуры средств теплообмена и воздухозаборника электроэнергетического агрегата.

Версия для печати
Дата публикации 26.04.2007гг


вверх