Автономная комбинированная энергоустановка на основе двигателя стирлинга

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и двигателям Стирлинга, предназначено в качестве автономных энергоустановок для стационарных и передвижных объектов при одновременном производстве электроэнергии, тепла и холода. При работе двигатель Стирлинга производит полезную энергию, преобразуемую в электрическую энергию с помощью электрогенератора, расположенного на одном валу с двигателем. Для охлаждения двигателя используется система охлаждения, с помощью которой в аккумуляторе холода температура охлаждающей жидкости снижается до минимальной температуры. Высокотемпературные отработанные газы из камеры сгорания по магистрали поступают в пароэжекторную холодильную машину, за счет работы которой в испарителе генерируется холод, передаваемый через магистраль хладоносителя в аккумулятор холода. Единый контур внешнего теплоснабжения забирает тепло от системы охлаждения в теплообменнике и тепло холодильной машины в конденсаторе, передавая его потребителям. Для регулирования подачи теплоносителя в конденсатор предназначена байпасная линия с регулирующим клапаном. Изобретение позволяет повысить КПД двигателя Стирлинга за счет снижения температуры охлаждающей жидкости до минимальной температуры, одновременного производства электроэнергии, тепла и холода 1 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и двигателей Стирлинга, предназначено в качестве автономных энергоустановок для стационарных и передвижных объектов при одновременном производстве электроэнергии, тепла и холода.

Известно, что автономные энергоисточники на основе двигателей Стирлинга обеспечивают высокую эффективность и снижение концентрации вредных выбросов в выхлопных газах (Кириллов Н.Г. Применение высокоэффективных и экологически чистых машин Стирлинга в судовой энергетике. /Труды 2-й межд. конфер. по морским интеллектуальным технологиям "Моринтех-97"/. Том N 5, СПб., 1997, стр. 140). Однако, для повышения КПД двигателя Стирлинга необходимо использовать охлаждающую жидкость с минимальной температурой.

Известна принципиальная схема пароэжекторной холодильной машины, включающей в себя испаритель, пароструйный компрессор (эжектор), конденсатор, парогенератор, насос, дроссельный вентиль (М.В. Урушев. Холодильные установки. Л., Изд. ЛВВИСКУ, 1979, стр. 139).

Известно устройство погружных теплообменников, которые могут быть использованы в качестве аккумуляторов холода (М.В. Урушев. Холодильные установки. Л., Изд. ЛВВИСКУ, 1979. -стр. 97).

Известно устройство двигателя Стирлинга, включающее в себя камеру сгорания, нагреватель, регенератор, холодильник и поршневую группу (Г.Ридер., Ч. Хупер, Двигатели Стирлинга. М., Изд. "Мир", 1986, стр. 55).

Известна энергетическая установка с двигателем Стирлинга, включающая в себя двигатель Стирлинга и тепловую машину, работающую за счет теплоты отработанных газов двигателя и генерирующую холод, для снижения минимальной температуры цикла двигателя Стирлинга (Патент РФ N 2099564, F 02 G 5/00, Бюл. N 35 от 20.12.97). Однако, данная установка не предназначена для выработки тепловой энергии.

Известна комбинированная установка на основе двигателя Стирлинга, предназначенная для одновременной выработки электроэнергии и тепла, с электрогенератором на одном валу и системой охлаждения, линиями подачи топлива и теплообменником для нагрева 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, а также, данное техническое решение не предусматривает получение минимальной температуры для охлаждения двигателя.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении КПД двигателя Стирлинга за счет снижения температуры охлаждающей жидкости до минимальной температуры, одновременном производстве электроэнергии, тепла и холода.

Для достижения этого технического результата автономная комбинированная энергоустановка на основе двигателя Стирлинга, включающая в себя двигатель Стирлинга с электрогенератором на одном валу и системой охлаждения, линии подачи топлива, теплообменник-утилизатор тепла отработанных газов двигателя, через который проходит магистраль отработанных газов двигателя, систему внешнего теплоснабжения с потребителями тепла, снабжена пароэжекторной холодильной машиной с парогенератором и пароперегревателем, используемыми в качестве теплообменников-утилизаторов теплоты отработанных газов двигателя, аккумулятором холода, через который проходит система охлаждения двигателя и магистраль хладоносителя из испарителя холодильной машины, а также, единым замкнутым контуром передачи тепла от двигателя и холодильной машины к потребителям тепла, содержащим насос и проходящим последовательно через теплообменник-охладитель системы охлаждения двигателя и конденсатор холодильной машины, при этом, контур содержит байпасную перемычку с регулирующим клапаном, расположенную параллельно конденсатору холодильной машины.

Введение в состав автономной комбинированной энергоустановки на основе двигателя Стирлинга пароэжекторной холодильной машины, аккумулятора холода, связывающего систему охлаждения двигателя с холодильной машиной, магистрали отработанных газов двигателя, проходящих через парогенератор и пароперегреватель холодильной машины, и единого замкнутого контура передачи тепла от двигателя и холодильной машины к внешним потребителям тепла с байпасной перемычкой, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности использования теплового потенциала отработанных газов для получения холода и снижения минимальной температуры цикла двигателя Стирлинга, а также комбинированного использования теплоты системы охлаждения двигателя и отработанных газов для внешних систем теплоснабжения.

На чертеже изображена автономная комбинированная энергоустановка на основе двигателя Стирлинга.

Автономная комбинированная энергоустановка включает в себя двигатель Стирлинга 1 с линией отработанных газов 2, камерой сгорания 3, холодильником 4, электрогенератором 5, расположенным на одном валу с двигателем 1, и системой охлаждения 6, состоящей из теплообменника-охладителя 7 и насоса 8, пароэжекторную холодильную машину 9, включающую в себя парогенератор 10, пароперегреватель 11, эжектор 12, конденсатор 13, насос 14, дроссельный клапан 15, испаритель 16, единый замкнутый контур передачи тепла 17 от двигателя 1 и холодильной машины 9 к внешним потребителям тепла, состоящим из насоса 18, потребителей тепла 19 и байпасной перемычки 20 с регулирующим клапаном 21. Двигатель Стирлинга 1 соединен с холодильной машиной 9 через аккумулятор холода 22 с помощью системы охлаждения 6 и магистрали циркуляции хладоносителя 23, из испарителя 16, с насосом 24.

Автономная комбинированная энергоустановка на основе двигателя Стирлинга работает следующим образом.

При работе двигатель Стирлинга 1 производит полезную энергию, преобразуемую в электрическую энергию с помощью электрогенератора 5, расположенного на одном валу с двигателем 1. Для охлаждения двигателя 1 используется система охлаждения 6, в которой охлаждающая жидкость сначала охлаждается в теплообменнике-охладителе 7, а затем, в аккумуляторе холода 22, и с минимальной температурой, с помощью насоса 8, возвращается в холодильник 4 двигателя 1. Высокотемпературные отработанные газы из камеры сгорания 3 по магистрали 2 поступают в пароэжекторную холодильную машину 9, проходя через пароперегреватель 11 и парогенератор 10, образуя пар высокого давления в холодильной машине 9. Пар из пароперегревателя 11 поступает в эжектор 12, за счет чего из испарителя 16 отсасываются пары хладоносителя, с понижением давления в испарителе 16. После этого пар поступает в конденсатор 13, где он конденсируется, при этом часть конденсата с помощью насоса 14 подается в парогенератор 10, а другая часть, проходя через дроссельный вентиль 15, поступает в испаритель 16. За счет низкого давления в испарителе 16, часть конденсата испаряется, а другая часть охлаждается. Холодный конденсат по магистрали 23, с помощью насоса 24, прокачивается через аккумулятор холода 22, где охлаждает охлаждающую жидкость системы охлаждения 6. Единый контур внешнего теплоснабжения 17 забирает тепло от системы охлаждения 6 в теплообменнике 7 и тепло холодильной машины 9 в конденсаторе 13, передавая его потребителям 19. Циркуляция теплоносителя осуществляется с помощью насоса 18. Для регулирования подачи теплоносителя в конденсатор 13 предназначена байпасная линия 20 с регулирующим клапаном 21.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки: 1. Кириллов Н.Г. Применение высокоэффективных и экологически чистых машин Стирлинга в судовой энергетике. /Труды 2-й межд. конфер. по морским интеллектуальным технологиям "Моринтех-97"/, Том N 5, СПб., 1997, стр. 140.

2. Урушев М.В. Холодильные установки. Л., Изд. ЛВВИСКУ, 1979. -стр. 139.

3. Урушев М.В. Холодильные установки. Л., Изд. ЛВВИСКУ, 1979. -стр. 97.

4. Г. Ридер. , Ч.Хупер. Двигатели Стирлинга. М., Изд. "Мир", 1986, стр. 55.

5. Патент РФ N 2099564, F 02 G 5/00, Бюл. N 35 от 20.12.97.

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

Формула изобретения

Автономная комбинированная энергоустановка на основе двигателя Стирлинга, включающая в себя двигатель Стирлинга с электрогенератором на одном валу и системой охлаждения, 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 пароэжекторной холодильной машиной с парогенератором и пароперегревателем, используемых в качестве теплообменников-утилизаторов теплоты отработанных газов двигателя, аккумулятором холода, через который проходит система охлаждения двигателя и магистраль хладоносителя из испарителя холодильной машины, а также единым замкнутым контуром передачи тепла от двигателя и холодильной машины к потребителям тепла, содержащим насос и проходящим последовательно через теплообменник-охладитель системы охлаждения двигателя и конденсатор холодильной машины, при этом контур содержит байпасную перемычку с регулирующим клапаном, расположенную параллельно конденсатору холодильной машины.

РИСУНКИ

Рисунок 1