Энергохолодильная установка с низкотемпературным топливом

 

Изобретение относится к энергетике и предназначено для получения механической или электрической энергии, а также выработки холода. Энергохолодильная установка с низкотемпературным топливом включает преобразователь прямого цикла, теплоизолированную емкость с низкотемпературным топливом, линию подачи топлива. Линия подачи топлива содержит последовательно установленные регулирующий клапан, дроссельный вентиль, холодильную камеру, нагреватель, расширительную турбину, имеющую потребителя мощности и двигатель Стирлинга. Между расширительной турбиной и двигателем Стирлинга установлена расширительная емкость. Отработанные газы двигателя проходят через нагреватель линии подачи топлива. Система охлаждения через газификатор связана с контуром емкости с низкотемпературным топливом. Контур состоит из заборного патрубка, регулирующего клапана, связанного с педалью акселератора двигателя, и выпускного патрубка. Изобретение позволяет повысить КПД преобразователя прямого цикла энергохолодильной установки и получить дополнительную энергию. 1 ил.

Изобретение относится к области энергетики и газовых регенеративных машин, работающих по циклу Стирлинга, предназначено для получения механической или электрической энергии, а также холода в энергетических устройствах стационарных и транспортных автономных объектах.

Известны технические решения по использованию сжиженного природного газа в качестве топлива автомобильного транспорта с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), включающие в себя двигатель и теплоизолированную емкость с криогенным жидким топливом. Однако переход на природный газ в ДВС приводит к падению КПД и ухудшению пусковых свойств двигателей (Кершенбаум В.Я., Фальк В.Э. Горизонты транспортной техники. М.: Транспорт, 1988, стр. 109).

Известна энергетическая установка с двигателем Стирлинга и низкотемпературным топливом, включающая в себя емкость с сжиженным газом, двигатель Стирлинга, линию подачи газа в камеру сгорания, проходящую через холодильник двигателя и обеспечивающую максимальное снижение нижней температуры цикла двигателя (заявка РФ N 96115098, бюл. N 29 от 20.10.98). Однако данная установка не предназначена для одновременного производства механической энергии и холода.

Известна энергохолодильная установка, включающая в себя преобразователь прямого цикла, теплоизолированную емкость с низкотемпературным топливом, линию подачи топлива с нагревателем, связанным с расширительной турбиной с потребителем мощности на одном валу, и направленную в двигатель Стирлинга, имеющий систему охлаждения с насосом, связанную с газификатором (RU 96116770 A1, F 02 C 1/04, 20.11.1998). Однако в данном устройстве нагреватель двигателя Стирлинга размещен в камере сгорания, что снижает долговечность работы этого узла при работе на водородном топливе.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении КПД преобразователя прямого цикла энергохолодильной установки и возможности получения дополнительной полезной энергии.

Для достижения этого технического результата энергохолодильная установка с низкотемпературным топливом, включающая в себя преобразователь прямого цикла, теплоизолированную емкость с криогенным топливом (например, сжиженным природным газом), линию подачи топлива с запорными и электромагнитными клапанами, дроссельным вентилем и холодильником (испарителем), снабжена, в качестве преобразователя прямого цикла, двигателем Стирлинга, контуром емкости с сжиженным газом, состоящим из заборного патрубка в зоне жидкой фракции топлива, регулирующего клапана, связанного с педалью акселератора двигателя, газофикатора и выпускного патрубка в зоне емкости с газообразной фракцией топлива, линией подачи газообразного топлива, включающей в себя регулирующий клапан, дроссельный вентиль, холодильную камеру, нагреватель, расширительную турбину с потребителем мощности на одном валу и расширительную емкость, а также системой охлаждения двигателя с охладителем и насосом, причем отработанные газы двигателя проходят через нагреватель линии подачи топлива, а система охлаждения двигателя - через газификатор контура емкости с сжиженным газом.

Введение в состав энергохолодильной установки с низкотемпературным топливом, контура емкости с сжиженным газом, двигателя Стирлинга, система охлаждения которого связана с газификатором контура емкости, а отработанные газы проходят через нагреватель линии подачи топлива, в состав которой входит турбина с потребителем мощности, позволяет получить новое свойство, заключающееся в использовании низкотемпературного топлива, сначала для охлаждения двигателя, при этом минимальная температура цикла двигателя понижается ниже температуры окружающей среды, а затем для охлаждения холодильной камеры, а после теплообмена с отработанными газами, в качестве рабочего тела для расширительной турбины, с получением дополнительной энергии.

На чертеже изображена энергохолодильная установка с низкотемпературным топливом.

Энергохолодильная установка включает в себя двигатель Стирлинга 1, теплоизолированную емкость с сжиженным газом 2, контур 3 емкости 2, линию подачи топлива 4. Двигатель Стирлинга 1 включает в себя холодильник 5, камеру сгорания 6 и систему охлаждения 7, состоящую из охладителя 8, связанного с окружающей средой, насоса 9.

Контур 3 емкости 2 включает в себя заборный патрубок 10, расположенный в зоне жидкой фракции топлива емкости 2, регулирующий клапан 11, связанный с педалью акселератора (не показан), газификатор 12 и выпускной патрубок 13, расположенный в зоне газообразной фракции емкости 2. Контур 3 связан с системой охлаждения 7 через газификатор 12.

Линия подачи топлива 4 в двигатель 1 включает в себя регулирующий клапан 14, дроссельный вентиль 15, холодильную камеру 16, нагреватель 17, расширительную турбину 18 с потребителем мощности 19 на одном валу, расширительную емкость 20. Магистраль отработанных газов 21 двигателя 1 проходит через нагреватель 17.

Энергохолодильная установка с низкотемпературным топливом работает следующим образом.

Жидкость системы охлаждения 7 двигателя 1 подводится к газификатору 12 контура 3, в который через регулируемый педалью акселератора (не показан) регулирующий клапан 11 подается сжиженный газ, поступающий из зоны жидкой фракции емкости 2 через патрубок 10. Нагреваясь от охлаждающей жидкости системы охлаждения 7, в газификаторе 12 сжиженный газ испаряется, расширяется и под давлением поступает в зону газообразной фракции емкости 2 через выпускной патрубок 13. Из емкости 2 газ с высоким давлением и низкой температурой поступает в линию подачи топлива 4. Проходя через регулирующий клапан 14, газ дросселируется в вентеле 15 и поступает в холодильную камеру 16, где охлаждает внутреннюю среду камеры 16 до нужной температуры, при этом сам нагревается с повышением давления. Из холодильной камеры 16 газ поступает в нагреватель 17, где за счет теплообмена с отработанными газами двигателя 1 нагревается до высокой температуры с одновременным повышением давления. Газообразное топливо из нагревателя 17 поступает в расширительную турбину 18, где расширяется и совершает полезную работу, передаваемую потребителю мощности 19. После этого газ через расширительную емкость 20 поступает в камеру сгорания 6 двигателя 1. Отработанные газы по магистрали 21 подаются в нагреватель 17 и после охлаждения выбрасываются в окружающую среду. С целью охлаждения двигателя Стирлинга 1 предусмотрена система охлаждения 7. По этой системе нагретая от рабочего тела двигателя 1 охлаждающая жидкость из холодильника 5 с помощью насоса 9 подается сначала в охладитель 8, где происходит теплообмен с окружающей средой (например, атмосферным воздухом), при этом охлаждающая жидкость охлаждается до температуры окружающей среды. Затем жидкость подается в газификатор 12, где она охлаждается до температуры ниже температуры окружающей среды за счет теплообмена с сжиженным газом и поступает вновь в холодильник 5. За счет теплообмена охлаждающей жидкости с низкой температурой и рабочим телом двигателя 1 происходит снижение нижней температуры цикла двигателя Стирлинга 1, что приводит к увеличению КПД.

Формула изобретения

Энергохолодильная установка с низкотемпературным топливом, включающая в себя преобразователь прямого цикла, теплоизолированную емкость с низкотемпературным топливом (например, сжиженным природным газом), линию подачи топлива с нагревателем, связанным с расширительной турбиной с потребителем мощности на одном валу и направленную в двигатель Стирлинга, имеющий систему охлаждения с насосом, связанную с газификатором, отличающаяся тем, что линия подачи топлива содержит последовательно установленные регулирующий клапан, дроссельный вентиль и холодильную камеру, выход из которой направлен в нагреватель, между расширительной турбиной и двигателем Стирлинга установлена расширительная емкость, отработанные газы двигателя проходят через нагреватель линии подачи топлива, а система охлаждения двигателя через газификатор связана с контуром емкости с низкотемпературным топливом, состоящим из заборного патрубка в зоне жидкой фракции топлива, регулирующего клапана, связанного с педалью акселератора двигателя, и выпускного патрубка в зоне емкости с газообразной фракцией топлива.

РИСУНКИ

Рисунок 1