Высокоэффективная энергохолодильная установка

 

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для получения механической или электрической энергии, а также выработки холода. Сжиженный природный газ из емкости через регулирующий клапан по линии подачи топлива подается в газификатор, откуда через дроссельный вентиль в холодильную камеру, охлаждает внутреннюю среду холодильной камеры, при этом нагревается с повышением давления. Затем в вихревой трубе газ разделяется на два потока, холодный и теплый, при этом магистраль холодного потока направляется вновь в холодильную камеру, а магистраль теплого потока через нагреватель - в турбину, где расширение газа позволяет получить дополнительную мощность для потребителя. Отработанные газы из двигателя Стирлинга по магистрали отработанных газов проходят через нагреватель. С целью охлаждения двигателя Стирлинга предусмотрена система охлаждения с охладителем, в котором происходит теплообмен с окружающей средой (например, атмосферным воздухом), и насосом, при этом система охлаждения проходит через газификатор. 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 в падению КПД и ухудшению пусковых свойств двигателей (Кершенбаум В.Я., Фальк В.Э. Горизонты транспортной техники. М., Транспорт, 1988, стр. 109).

Известна схема холодильной установки с вихревой трубой, включающей в себя источник газа с повышенным давлением (компрессор), вихревую трубу, магистраль теплого потока с дроссельным клапаном, магистраль холодного потока (Теоретические основы тепло- и хладотехники. ч.1. Техническая термодинамика. Уч. пособие под ред. проф. Э.И.Гуйго. Л. 1974, стр. 265).

Известна энергетическая установка с двигателем Стирлинга и низкотемпературным топливом, включающая в себя емкость с сжиженным газом.

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 высокоэффективная энергохолодильная установка, 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, системой охлаждения двигателя с охладителем, связанным с окружающей средой, и насосом, а также линией подачи топлива, включающей в себя регулирующий клапан, газификатор, дроссельный вентиль, холодильную камеру, вихревую трубу, разделяющую линию подачи топлива на магистрали холодного и теплового потоков, причем магистраль холодного потока направлена в холодильную камеру, а магистраль теплого потока, включающая в себя нагреватель, расширительную турбину с потребителем мощности на одном валу и расширительную емкость, направлена в двигатель, при этом отработанные газы двигателя проходят через нагреватель, а система охлаждения двигателя через газификатор.

Введение в состав высокоэффективной энергохолодильной установки двигателя Стирлинга, система охлаждения которого связана с газификатором сжиженного газа, вихревой трубы с магистралями холодного и теплого потоков, первая из которых направлена в холодильную камеру, а вторая - в дополнительно снабжена нагревателем и турбиной с потребителем мощности позволяет получить новое свойство, заключающееся в использовании низкотемпературного топлива, сначала для частичного охлаждения двигателя, затем для охлаждения холодильной камеры, а после теплообмена - с отработанными газами двигателя, в качестве рабочего тела для расширительной турбины, с получением дополнительной энергии.

На чертеже изображена высокоэффективная энергохолодильная установка.

Энергохолодильная установка состоит из емкости с сжиженным газом 1, линии подачи топлива 2, включающей в себя регулирующий клапан 3, газификатор 4, дроссельный вентиль 5, холодильную камеру 6, вихревую трубу 7, магистраль холодного потока 8, магистраль теплого потока 9 с нагревателем 10, расширительной турбиной 11, расположенной на одном валу с потребителем мощности 12, и расширительной емкостью 13, двигателя Стирлинга 14, магистрали отработанных газов 15, проходящих через нагреватель 10. Двигатель Стирлинга 14 включает в себя холодильник 16, камеру сгорания 17 и систему охлаждения 18, состоящую из охладителя 19, связанного с окружающей средой, и насоса 20.

Высокоэффективная энергохолодильная установка работает следующим образом.

Жидкость системы охлаждения 18 двигателя 14 подводится к газификатору 4 линии подачи топлива 2, в который через регулирующий клапан 3 поступает сжиженный газ из теплоизолированной емкости 1. Передавая скрытую теплоту парообразования охлаждающей жидкости системы охлаждения 18 в газификаторе 4, сжиженный газ испаряется, расширяется, дросселируется в вентиле 5 и поступает в холодильную камеру 6, где охлаждает внутреннюю среду камеры 6 до нужной температуры, при этом сам нагревается с повышением давления. Из холодильной камеры 6 газ поступает в вихревую трубку 7, где разделяется на два потока: холодный и теплый. Холодный поток по магистрали 8 вновь поступает в камеру 6. Теплый поток по магистрали 9 проходит через нагреватель 10, где нагревается до высокой температуры с повышением давления за счет теплообмена с отработанными газами двигателя Стирлинга 14. После нагревателя 10 газ поступает в турбину 11, где, расширяясь, совершает дополнительную полезную работу, передаваемую потребителю мощности 12, а затем через расширительную емкость 13 поступает в камеру сгорания 17 двигателя 14. Отработанные газы по магистрали 15 проходят через нагреватель 10 и удаляются в окружающую среду. С целью охлаждения двигателя Стирлинга 14 предусмотрена система охлаждения 18. По этой системе нагретая от рабочего тела двигателя 14 охлаждающая жидкость из холодильника 16 с помощью насоса 20 подается сначала в охладитель 19, где происходит теплообмен с окружающей средой (например, атмосферным воздухом), при этом охлаждающая жидкость охлаждается до температуры окружающей среды. Затем жидкость подается в газификатор 4, где она охлаждается до температуры ниже температуры окружающей среды за счет теплообмена с сжиженным газом и поступает вновь в холодильник 16. За счет теплообмена охлаждающей жидкости с низкой температурой и рабочим телом двигателя 14 происходит снижение нижней температуры цикла двигателя Стирлинга 14, что приводит к увеличению КПД.

Источники информации 1. Кершенбаум В.Я., Фальк В.Э. Горизонты транспортной техники. М., Транспорт, 1988, стр. 109.

2. Теоретические основы тепло- и хладотехники. Ч. 1. Техническая термодинамика. Уч. пособие под ред. проф. Э.И.Гуйго. Л. 1974, стр. 265.

3. Заявка РФ N 96115098, бюл. N 29 от 20.10.98, стр. 200.

4. Патент РФ N 2053434, бюл. N 3 от 27.01.96. - прототип.

Формула изобретения

Высокоэффективная энергохолодильная установка, включающая в себя преобразователь прямого цикла, теплоизолированную емкость с криогенным топливом (например, сжиженным природным газом), линию подачи топлива, включающую в себя нагреватель и расширительную турбину 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 дроссельный вентиль, холодильную камеру и вихревую трубу, разделяющую линию подачи топлива на магистрали холодного и теплого потоков, причем магистраль холодного потока направлена в холодильную камеру, а магистраль теплового потока - в нагреватель, расширительную турбину и расширительную емкость, связанную с двигателем, при этом отработанные газы двигателя проходят через нагреватель, а система охлаждения двигателя связана с окружающей средой через охладитель.

РИСУНКИ

Рисунок 1