Автономная когенерационная энергоустановка

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и преобразователей энергии прямого цикла (например, двигателей внутреннего сгорания, двигателей Стирлинга), предназначено в качестве автономных энергоустановок для стационарных и передвижных объектов при одновременном производстве электроэнергии и тепла. Достигаемый технический результат - повышение КПД установки в целом и снижение массогабаритных характеристик установки. При работе двигатель 1 производит полезную энергию, преобразуемую в электрическую энергию с помощью электрогенератора 4, расположенного на одном валу с двигателем 1. Для охлаждения двигателя 1 в рубашку охлаждения 3 подается вода от внешних потребителей тепла 7 по линии возврата 9. Нагретая охлаждающая жидкость из рубашки охлаждения 3 поступает в теплообменник-утилизатор тепла отработанных газов 5, где перемешивается с водой, поступившей из линии 9 по перемычке 10, при этом дополнительно нагреваются отработанными газами двигателя 1, поступающими по магистрали 2, до высокой температуры. Из теплообменника-утилизатора 5 горячая вода циркуляционным насосом 6 подается для теплоснабжения внешним потребителям тепла 7 по линии подачи горячей воды 8. Для регулирования количества воды, поступающей в рубашку охлаждения 3 и в теплообменник 5 через перемычку 10, предусмотрены регулирующие клапаны 11 и 12. 1 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и преобразователей энергии прямого цикла (например, двигателей внутреннего сгорания, двигателей Стирлинга), предназначено в качестве автономных энергоустановок для стационарных и передвижных объектов при одновременном производстве электроэнергии и тепла.

Известно, что для быстрого запуска и устойчивой работы дизелей, температура охлаждающей воды должна быть не менее 50^oC (Наука и жизнь) //Научн. -популяр. журнал//, М.: Правда, N 4, 1984, стр. 56).

Известна комбинированная установка на основе двигателя Стирлинга с электрогенератором на одном валу, линиями подачи топлива и теплообменником для подогрева жидкости, через который проходят выхлопные газы двигателя Стирлинга, при этом нагретая жидкость передается во внешние магистрали (Заявка ЕПВ N 0457399. Реферативный журнал "Изобретение стран мира", выпуск В-65, N 5, 1993, стр. 13). Однако данная установка имеет сложную систему совместного охлаждения двигателя и генератора.

Известно устройство силовой установки, содержащей двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с валом потребителя мощности через соединительную муфту, и утилизационную паротурбинную установку с контуром циркуляции рабочего тела, включающим паровую турбину, конденсатор, питательный насос, парогенератор, размещенный в магистрали выпуска отработанных газов ДВС (Авт. свид. N 1677360. Бюллетень изобретений N 34 от 15.4.91 г., стр. 141 - 142). Однако данное устройство не предназначено для выработки тепловой энергии для теплоснабжения внешних потребителей.

Известно устройство когенерационной установки, предназначенной для одновременного получения электроэнергии и тепла, включающей в себя двигатель внутреннего сгорания с электрогенератором на одном валу, линии подачи топлива, контур охлаждения двигателя, отопительный контур (система теплоснабжения с потребителями тепла), систему теплообменников, обеспечивающую передачу тепла охлаждающей жидкости двигателя и отработанных газов в отопительный контур, и щит управления ("Строительное обозрение" //Журнал качества"//, СПб. N 5 (32), май-июнь 1999, стр. 16 - 17). Однако поскольку контур охлаждения двигателя и отопительный контур представлены в виде независимых замкнутых контуром, то приходится вводит в установку дополнительный теплообменник для их взаимосвязи и дополнительный циркуляционный насос.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении КПД установки в целом, за счет уменьшения энергозатрат на собственные нужды и снижении массогабаритных характеристик установки.

Для достижения этого технического результата автономная когенерационная энергоустановка, включающая в себя преобразователь прямого цикла (например, двигатель внутреннего сгорания или двигатель Стирлинга) с электрогенератором на одном валу, линии подачи топлива, теплообменник-утилизатор тепла отработанных газов двигателя, через который проходит магистраль отработанных газов двигателя, систему внешнего теплоснабжения с потребителями тепла, снабжена единым замкнутым контуром передачи тепла от двигателя к потребителям тепла, состоящим из линии подачи горячей воды к внешним потребителям тепла, проходящей через рубашку охлаждения двигателя, теплообменник-утилизатор тепла отработанных газов двигателя, единый циркуляционный насос, и линии возврата охлажденной воды, идущей от потребителей тепла к рубашке охлаждения двигателя, при этом линия возврата охлажденной воды связана с теплообменником-утилизатором перемычкой с регулирующим клапаном, а после перемычки, перед двигателем, на линии возврата установлен второй регулирующий клапан.

Введение в состав автономной когенерационной энергоустановки единого замкнутого контура передачи тепла от двигателя к внешним потребителям тепла, состоящим из линии подачи горячей воды двигателя к потребителям тепла с теплообменником-утилизатором и насосом, и линии возврата охлажденной воды, от потребителей тепла к двигателю, с перемычкой, связывающей ее с теплообменником-утилизатором и регулировочными клапанами, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности объединения контура охлаждения двигателя и отопительного контура в единый контур, обеспечивающий комплексное использование остаточного тепла отработанных газов двигателя и теплоты системы охлаждения двигателя для теплоснабжения внешних потребителей тепла, что приводит к уменьшению количества теплообменных аппаратов и использования одного циркуляционного насоса для подачи охлаждающей воды в двигатель и горячей воды внешним потребителям тепла.

На чертеже изображена автономная когенерационная энергоустановка.

Автономная когенерационная установка включает в себя преобразователь прямого цикла (например, двигатель внутреннего сгорания) 1 с линией отработанных газов 2 и рубашкой охлаждения 3, электрогенератор 4, расположенный на одном валу с двигателем 1, теплообменник-утилизатор тепла выхлопных газов двигателя 5, циркуляционный насос 6, внешние потребители тепла 7, и единый замкнутый контур передачи тепла от двигателя к внешним потребителям тепла, состоящий из линии подачи горячей воды 8, проходящей через рубашку охлаждения 3, теплообменник-утилизатор 5, насос 6, к потребителям тепла 7, и линии возврата охлажденной воды 9, идущей от потребителей тепла 7 к рубашки охлаждения 3 двигателя 1. Линия возврата 9 соединена перемычкой 10 с теплообменником-утилизатором 5, на перемычке 10 установлен регулирующий клапан 11. Также, на линии возврата 9, перед двигателем 1 установлен регулирующий клапан 12.

Автономная когенерационная энергоустановка работает следующим образом.

При работе двигатель 1 производит полезную энергию, преобразуемую в электрическую энергию с помощью электрогенератора 4, расположенного на одном валу с двигателем 1. Для охлаждения двигателя 1 в рубашку охлаждения 3 подается вода от внешних потребителей тепла 7 по линии возврата 9 с температурой порядка 60 - 70^oC. Охладив двигатель 1, нагретая охлаждающая жидкость из рубашки охлаждения 3 поступает в теплообменник-утилизатор тепла отработанных газов 5 двигателя 1, куда также, минуя рубашку охлаждения 3, поступает охлажденная вода по перемычке 10 из линии возврата 9. Нагретая вода из рубашки охлаждения 3 и вода, поступившая по перемычке 10, перемещаются и дополнительно нагреваются отработанными газами двигателя 1, поступающими по магистрали 2, до высокой температуры. Из теплообменника-утилизатора 5 горячая вода циркуляционным насосом 6 подается для теплоснабжения внешним потребителям тепла 7 по линии подачи горячей воды 8. Пройдя потребителей тепла 7, горячая вода охлаждается и возвращается по линии возврата 9 частично в рубашку охлаждения 3 и частично, сразу, в теплообменник-утилизатор 5 через перемычку 10. Для регулирования количества воды, поступающей в рубашку охлаждения 3 и в теплообменник 5, через перемычку 10, предусмотрены регулирующие клапаны 11 и 12.

Источники информации 1. Наука и жизнь //Научн.-популяр. журнал//. М.: Правда, N 4, 1984, стр. 56.

2. Заявка ЕПВ N 0457399. Реферативный журнал "Изобретение стран мира", выпуск В-65, N 5, 1993, стр. 13.

3. Авторское свид. N 1677360. Бюллетень изобретений N 34 от 15.4.91 г., стр. 141 - 142.

4. "Строительное обозрение" //Журнал качества//, СПб., N 5 (32), май-июнь 1999, стр. 16 - 17 - прототип.

Формула изобретения

Автономная когенерационная энергоустановка, включающая в себя преобразователь прямого цикла (например, двигатель внутреннего сгорания или двигатель Стирлинга) с электрогенератором на одном валу, линии подачи топлива, теплообменник-утилизатор тепла отработанных газов двигателя, через который проходит магистраль отработанных газов двигателя, систему внешнего теплоснабжения с потребителями тепла, отличающаяся тем, что снабжена единым замкнутым контуром передачи тепла от двигателя к потребителям тепла, состоящим из линии подачи горячей воды к внешним потребителям тепла, проходящей через рубашку охлаждения двигателя, теплообменник-утилизатор тепла отработанных газов двигателя, единый циркуляционный насос, и линии возврата охлажденной воды, идущей от потребителей тепла к рубашке охлаждения двигателя, при этом линия возврата охлажденной воды связана с теплообменником-утилизатором перемычкой с регулирующим клапаном, а после перемычки перед двигателем на линии возврата установлен второй регулирующий клапан.

РИСУНКИ

Рисунок 1