Энергохолодильная система "стирлинг-стирлинг" для мобильных комплексов

Изобретение относится к области малой энергетики и газовых регенеративных машин, работающих по прямому и обратному циклам Стирлинга. Энергохолодильная система "Стирлинг-Стирлинг" для мобильных комплексов включает двигатель Стирлинга с электрогенератором на одном валу, холодильную машину Стирлинга с электроприводом на одном валу, линию подачи топлива, линию подачи воздуха в камеру сгорания двигателя с регулирующим клапаном, магистраль отработанных газов из камеры сгорания двигателя, общую систему охлаждения двигателя и холодильной машины с насосом и теплообменником. Линия подачи воздуха в камеру сгорания проходит через теплообменник охлаждения системы охлаждения двигателя и холодильной машины и через теплообменник-подогреватель воздуха в магистрали отработанных газов. Внешняя система холодоснабжения проходит через охладитель холодильной машины. Единая система охлаждения включает два замкнутых контура, имеющих общую сторону с расположенными на ней теплообменником и насосом. Использование изобретения позволит обеспечить одновременное высокоэффективное производство электроэнергии и холода на транспортном средстве, а также снизить массогабаритные характеристики энергохолодильной системы. 1 ил.

 

Изобретение относится к области малой энергетики и газовых регенеративных машин, работающих по прямому и обратному циклам Стирлинга, предназначено в качестве автономных энергоустановок для подвижных объектов при одновременном производстве электроэнергии и холода.

Известно, что холодильные машины Стирлинга умеренного холода являются наиболее перспективными источниками холода, характеризующиеся высокой эффективностью и экологической чистотой рабочих тел (Кириллов Н.Г. XXI век: тенденции развития холодильной промышленности и холодильные машины Стирлинга умеренного холода. // Холодильный бизнес, №3, 2002. - стр. 4-8).

Известно устройство холодильной машины, работающей по обратному циклу Стирлинга, содержащей полости сжатия и расширения, картер, регенератор, теплообменник нагрузки, холодильник, вытеснитель, рабочий поршень с уплотнением штока вытеснителя, привод (Патент России №2079069, Бюл.№13 от 10.05.97).

Известно, что автономные энергоисточники на основе двигателей Стирлинга обеспечивают высокую эффективность и снижение концентрации вредных выбросов в выхлопных газах (Кириллов Н.Г. Перспективы развития судовой энергетики на основе машин Стирлинга. // Морской флот, №2, 2002. - стр. 30-33.).

Известно устройство двигателя Стирлинга, включающее в себя камеру сгорания, нагреватель, регенератор, холодильник, поршневую группу и привод (Г.Ридер., Ч.Хупер. Двигатели Стирлинга. М.: Мир, 1986, стр 55). Однако для повышения к.п.д. двигателя необходимо минимизировать низшую температуру цикла.

Известно техническое решение автономной энергоустановки "Стирлинг-Стирлинг", состоящая из двигателя Стирлинга и холодильной машины Стерлинга, используемой в качестве теплового насоса (Патент РФ №2156373, Бюл. №26 от 20.09.2000 г.). Однако данная энергетическая установка не позволяет вырабатывать одновременно электроэнергию и холод, а наличие промежуточной емкости с охлаждающей жидкостью увеличивает массогабаритные характеристики энергоустановки.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в одновременном высокоэффективном производстве электроэнергии и холода на транспортном средстве, а также снижении массогабаритных характеристик энергохолодильной системы.

Для достижения этого технического результата энергохолодильная система "Стирлинг-Стирлинг" для мобильных комплексов, включающая в себя двигатель Стирлинга с электрогенератором на одном валу, холодильную машину Стирлинга с электроприводом на одном валу, линию подачи топлива, линию подачи воздуха в камеру сгорания двигателя с регулирующим клапаном, проходящую через теплообменник охлаждения системы охлаждения двигателя и холодильной машины, магистраль отработанных газов из камеры сгорания двигателя, общую систему охлаждения двигателя и холодильной машины с насосом и теплообменником, через который проходит линия подачи воздуха, снабжена теплообменником-подогревателем воздуха в магистрали отработанных газов, через который проходит линия подачи воздуха, внешней системой холодоснабжения, проходящей через охладитель холодильной машины, при этом единая система охлаждения включает в себя два замкнутых контура, имеющих общую сторону с расположенными на ней теплообменником и насосом.

Введение в состав энергохолодильной системы "Стирлинг-Стирлинг" для мобильных комплексов холодильной машины Стирлинга умеренного холода и единой системы охлаждения, включающей в себя два замкнутых контура, имеющих общую сторону с расположенными на ней теплообменником и насосом, позволяет получить новое свойство, заключающееся в одновременной выработке электроэнергии и холода при использовании преобразователей прямого и обратного циклов с наивысшей эффективностью (работающих по циклу Стирлинга), снижение массогабаритных характеристик энергохолодильной системы в целом и параллельной подачей охлаждающей жидкости в двигатель и холодильную машину из системы охлаждения с помощью одного насоса.

На чертеже изображена энергохолодильная система "Стирлинг-Стирлинг" для мобильных комплексов.

Энергохолодильная система включает с себя двигатель Стирлинга 1, холодильную машину Стирлинга умеренного холода 2, линию подачи топлива 3 в двигатель Стирлинга 1, линию подачи воздуха 4, систему охлаждения 5, единую для двигателя 1 и холодильной машины 2. Двигатель Стирлинга 1 включает в себя холодильник 6 и камеру сгорания 7. Единая система охлаждения 5 включает с себя два замкнутых контура 8 и 9, имеющих общую сторону с расположенными на ней теплообменником 10 и насосом 11. Холодильная машина Стирлинга умеренного холода 2 состоит из холодильника 12 и охладителя 13, через который проходит внешняя система холодоснабжения 14.

Магистраль отработанных газов 15 содержит теплообменник-подогреватель воздуха 16. Линия подачи воздуха 4 в двигатель 1 проходит через теплообменник-охладитель 8, теплообменник-подогреватель 14 и включает в себя заборное устройство 17 и регулирующий вентиль 18. На одном валу с двигателем Стирлинга 1 расположен электрогенератор 19. Холодильная машина 2 имеет электропривод 20. Для регулирования подачи охлаждающей жидкости в двигатель 1 и холодильную машину 2 предназначены регулирующие вентили 21 и 22.

Энергохолодильная система "Стирлинг-Стирлинг" для мобильных комплексов работает следующим образом.

При работе двигатель Стирлинга 1 производит полезную энергию, преобразуемую в электрическую энергию с помощью электрогенератора 19, расположенного на одном валу с двигателем 1. Холодильная машина Стирлинга 2 приводится в действие через электропривод 20, вырабатывает холод, который через охладитель 13 передается во внешнюю систему холодоснабжения 14. Для охлаждения двигателя Стирлинга 1 и холодильной машины Стирлинга 2 предусмотрена система охлаждения 5, состоящая из замкнутых контуров 8 и 9, по которой, приняв теплоту от рабочего тела двигателя 1 в холодильнике 7 и холодильной машины 2 в холодильнике 12, охлаждающая жидкость поступает в теплообменник охлаждения 10, где снижается ее температура до уровня окружающей среды за счет теплообмена с воздухом, и с помощью насоса 11 возвращается в холодильники 2 и 12.

Воздух, подаваемый по линии 4, засасывается из атмосферы через заборное устройство 17 и проходит через теплообменник 10, где нагревается от охлаждающей жидкости системы охлаждения 5, затем поступает в теплообменник нагрева воздуха 16 магистрали отработанных газов 15, где нагревается теплом отработанных газов двигателя 1, и подается в камеру сгорания 6 двигателя 1, при этом количество подаваемого воздуха регулируется вентилем 18. В камеру сгорания также подается топливо по линии 3, в результате сгорания которого образуются выхлопные газы с высокой температурой. Эти газы по магистрали 15 поступают в теплообменник 16. Затем отработанные газы удаляются в окружающую среду.

Подача охлаждающей жидкости в двигатель 1 и холодильную машину 2 регулируется с помощью регулировочных вентилей 21 и 22.

Источники информации

1. Кириллов Н.Г. XXI век: тенденции развития холодильной промышленности и холодильные машины Стирлинга умеренного холода. // Холодильный бизнес, №3, 2002. - стр. 4-8).

2. Патент России №2079069. Бюл. №13 от 10.05.97 года.

3. Кириллов Н.Г. Перспективы развития судовой энергетики на основе машин Стирлинга. // Морской флот, №2, 2002. - стр. 30-33.).

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

5. Патент РФ №2156373, Бюл. №26 от 20.09.2000 г. - прототип.

Энергохолодильная система "Стирлинг-Стирлинг" для мобильных комплексов, включающая в себя двигатель Стирлинга с электрогенератором на одном валу, холодильную машину Стирлинга с электроприводом на одном валу, линию подачи топлива, линию подачи воздуха в камеру сгорания двигателя с регулирующим клапаном, проходящую через теплообменник охлаждения системы охлаждения двигателя и холодильной машины, магистраль отработанных газов из камеры сгорания двигателя, общую систему охлаждения двигателя и холодильной машины с насосом и теплообменником, через который проходит линия подачи воздуха, отличающаяся тем, что снабжена теплообменником-подогревателем воздуха в магистрали отработанных газов, через который проходит линия подачи воздуха, внешней системой холодоснабжения, проходящей через охладитель холодильной машины, при этом единая система охлаждения включает в себя два замкнутых контура, имеющих общую сторону с расположенными на ней теплообменником и насосом.