Комбинированная теплосиловая установка на базе двигателя стирлинга

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и преобразователей энергии прямого цикла (например, двигателей Стирлинга или двигателей внутреннего сгорания), предназначено в качестве автономных энергоустановок для стационарных и передвижных объектов при одновременном производстве электроэнергии и тепла. Достигаемый технический результат - повышение КПД установки и снижение массогабаритных характеристик установки в целом. При работе двигатель 1 производит полезную энергию, потребляемую потребителем мощности 3. Отработанные газы по магистрали 2 поступают через пароперегреватель 15 в парогенератор 14, где образуется пар. Из пароперегревателя 16 пар поступает в пароводяной насос-подогреватель 5, куда одновременно поступает теплая вода из контура охлаждения 4 после снятия тепловой нагрузки с двигателей 1. Из пароводяного насоса-подогревателя 5 горячая вода с высокой температурой и давлением поступает в теплообменник-охладитель 6, где она охлаждается за счет теплообмена с теплоносителем системы внешнего теплоснабжения 7. Для наполнения парогенератора 14 теплой водой контур охлаждения 4 соединен с парогенератором 14 перемычкой 17. Для начала работы предусмотрена пусковая байпасная линия 8 с насосом 12. 1 ил.

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

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 высокотемпературных отработанных газов в отопительный контур, и щит управления ("Строительное обозрение"//Журнал качества//, СПб. , N 5 (32), май-июнь 1999, стр. 16-17). Однако данное устройство не предполагает выработку пара и использования его для сокращения потребления электроэнергии на собственные нужды.

Известен способ регенеративного подогрева питательной воды в струйном подогревателе, включающий в себя подачу пара в турбогенератор, отбор пара из турбогенератора, отвод в конденсатор, подачу конденсата из конденсатора и пара, отобранного из турбогенератора в струйный аппарат с конденсацией пара в струйном аппарате и нагрева за счет этого конденсата, с последующей подачей подогретого конденсата в диаэратор и далее в котел-парогенератор (патент РФ N 2115831. Бюл. N 20 от 20.07.98 г.).

Известно устройство пароводяного насоса-подогревателя (ПНП), предназначенного для применения в различных промышленных технологий с использованием пара, совмещающего в себе функции подогревателя и насоса одновременно. Применение ПНП позволяет существенно сократить расход электроэнергии на собственные нужды и уменьшить массогабаритные характеристики теплообменных аппаратов ("Энергетика Петербурга" /газета/, N 5 (11), от 25.05.99 г.). Однако ранее пароводяной насос-подогреватель в когенераторных установках не применялся.

Известна комбинированная установка с электрогенератором и двигателем Стирлинга, расположенными на одном валу, и их системой охлаждения, состоящей из замкнутого контура с теплообменником, через который проходит магистраль отработанных газов двигателя Стирлинга, и теплообменником-охладителем, через который проходит система внешнего теплоснабжения (заявка ЕПВ N 0457399. Реферативный журнал "Изобретение стран мира", выпуск B-65, N 5, 1993, стр. 13). Однако в данной установке не предусмотрено получение пара и его использование для снижения энергозатрат в установке.

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

Для достижения этого технического результата комбинированная теплосиловая установка на базе двигателя Стирлинга, включающая в себя двигатель (например, двигатель Стирлинга или двигатель внутреннего сгорания) и электрогенератор, расположенные на одном валу, их систему охлаждения, состоящую из замкнутого контура с теплообменником-охладителем, через который проходит система внешнего теплоснабжения, магистраль отработанных газов двигателя, снабжена линией выработки пара, состоящей из парогенератора, пароперегревателя, с обратным клапаном между ними, через которые проходит магистраль отработанных газов двигателя, и контуром охлаждения двигателя, соединенным с парогенератором перемычкой с регулирующим и обратным клапанами, включающим в себя пароводяной насос-подогреватель, пусковую байпасную линию с насосом и запорными клапанами, при этом линия выработки пара соединена с системой охлаждения двигателя через пароводяной насос-подогреватель, а магистраль отработанных газов сначала проходит через пароперегреватель, а затем через парогенератор.

Введение в состав комбинированной теплосиловой установки на базе двигателя Стирлинга линии выработки пара с парогенератором, пароперегревателем, связанной перемычкой с контуром охлаждения двигателя, который содержит в себе пароводяной насос-подогреватель, пусковую байпасную линию с насосом и запорными клапанами, причем линия выработки пара связана с системой охлаждения двигателя через пароводяной насос-подогреватель, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности комплексного использования остаточного тепла отработанных газов двигателя и теплоты контура охлаждения двигателя для теплоснабжения внешних потребителей тепла, а также выработки пара с целью замены насосов и теплообменных аппаратов.

На чертеже изображена комбинированная теплосиловая установка на базе двигателя Стирлинга.

Теплосиловая установка включает в себя двигатель Стирлинга 1 с магистралью отработанных газов 2 и электрогенератором 3, расположенным на одном валу с двигателем 1, контур охлаждения 4 двигателя 1, включающего в себя пароводяной насос-подогреватель 5 и теплообменник-охладитель 6, связанный с системой внешнего теплоснабжения 7, пусковую байпасную линию 8 с запорными клапанами 9, 10, 11 и насосом 12. В состав установки входит также линия выработки пара 13, включающая в себя парогенератор 14, пароперегреватель 15, обратный клапан 16 между ними, и соединяющаяся с контуром охлаждения 4 двигателя 1 в пароводяном насосе-подогревателе 5. Между контуром охлаждения 4 и парогенератором 14 установлена перемычка 17 с регулирующим клапаном 18 и обратным клапаном 19. Магистраль отработанных газов 2 проходит сначала через пароперегреватель 15, затем через парогенератор 14.

Комбинированная теплосиловая установка на базе двигателя Стирлинга работает следующим образом.

При работе двигатель 1 производит полезную энергию, преобразуемую в электрическую энергию в электрогенераторе 3, расположенном на одном валу с двигателем 1. Отработанные газы двигателя 1 по магистрали 2 поступают сначала в пароперегреватель 15, а затем в парогенератор 14, где за счет теплообмена с ними испаряется вода с образованием пара. Пар из парогенератора 14 по линии выработки пара 13 поступает через обратный клапан 16 в пароперегреватель 15, где он перегревается с повышением давления, а затем поступает в пароводяной насос-подогреватель 5. Одновременно с паром в пароводяной насос-подогреватель 5 поступает теплая вода из контура охлаждения 4 после снятия тепловой нагрузки с двигателя 1. В пароводяном насосе-подогревателе 5 за счет особой конструкции и эффекта смешивания двухфазных парожидкостных сред происходит интенсивное перемешивание пара и воды с последующим получением воды с высокой температурой и давлением. За счет этого давления происходит подача горячей воды в теплообменник-охладитель 6, где она охлаждается за счет теплообмена с теплоносителем системы внешнего теплоснабжения 7. После охлаждения вода под давлением подается вновь в двигатель 1 для снятия тепловой нагрузки. Для наполнения парогенератора 14 теплой водой контур охлаждения 4 соединен с парогенератором 14 перемычкой 17 с регулирующим клапаном 18 и обратным клапаном 19. Для начала работы установки, когда еще отсутствует пар, контур охлаждения 4 снабжен пусковой байпасной линией 8 с насосом 12, при этом в момент пуска запорные клапана 10 и 11 открыты, а клапан 9 закрыт. С выходом на рабочий режим клапаны 10 и 11 закрываются, а клапан 9 открывается.

Источники информации, принятые во внимание 1. "Строительное обозрение" //Журнал качества//, СПб., N 5 (32), май-июнь 1999, стр. 16-17.

2. Патент РФ N 2115831. Бюл. N 20 от 20.07.98 г.

3. "Энергетика Петербурга" //газета//, N 5 (11), от 25.05.99 г.

4. Заявка ЕПВ N 0457399. Реферативный журнал "Изобретение стран мира", выпуск B-65, N 5, 1993, стр. 13. - прототип.

Формула изобретения

Комбинированная теплосиловая установка на базе двигателя Стирлинга, включающая в себя двигатель (например, двигатель Стирлинга или двигатель внутреннего сгорания) и электрогенератор, расположенные на одном валу, их систему охлаждения, состоящую из замкнутого контура с теплообменником-охладителем, через который проходит система внешнего теплоснабжения, магистраль отработанных газов двигателя, отличающаяся тем, что снабжена линией выработки пара, состоящей из парогенератора, пароперегревателя с обратным клапаном между ними, через которые проходит магистраль отработанных газов двигателя, и контуром охлаждения двигателя, соединенным с парогенератором перемычкой с регулирующим и обратным клапанами, включающим в себя пароводяной насос-подогреватель, пусковую байпасную линию с насосом и запорными клапанами, при этом линия выработки пара соединена с системой охлаждения двигателя через пароводяной насос-подогреватель, а магистраль отработанных газов сначала проходит через пароперегреватель, а затем через парогенератор.

РИСУНКИ

Рисунок 1