RU123069U1

RU123069U1 - HEAT COOLER POWER UNIT

Info

Publication number: RU123069U1
Application number: RU2012131460/28U
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Леонтьев; Александр Николаевич Арбеков; Сергей Алексеевич Бурцев; Сергей Висильевич Голубев
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2012-12-20

Abstract

Полезная модель относится к энергетике, преимущественно к энергетическим агрегатам для одновременной выработки электроэнергии, теплоты и холода для нужд кондиционирования и/или термостатирования. Теплохладоэнергетический агрегат содержит установленные на одном валу компрессор, газовую турбину, турбодетандер и электрический генератор, причем выход компрессора сообщен через первый регенеративный теплообменник и нагреватель газовой рабочей среды со входом в газовую турбину, которая выходом сообщена через первый рекуперативный теплообменник со входом в холодильник, турбодетандер входом сообщен с выходом второго рекуперативного теплообменника, а выходом через охлаждаемый объект и второй рекуперативный теплообменник с входом компрессора, при этом второй рекуперативный теплообменник сообщен с выходом холодильника. В результате достигается повышение производительности и упрощение конструкции теплохладоэнергетического агрегата. The utility model relates to energy, mainly to power units for the simultaneous generation of electricity, heat and cold for the needs of conditioning and / or temperature control. The heat and cold energy unit comprises a compressor, a gas turbine, a turboexpander and an electric generator mounted on one shaft, the compressor output being communicated through a first regenerative heat exchanger and a gas medium heater with an inlet to the gas turbine, which is communicated with an outlet through a first recuperative heat exchanger with an inlet to the refrigerator, an expander with an communicated with the output of the second recuperative heat exchanger, and the output through the cooled object and the second recuperative heat exchanger with an input to compressor, while the second recuperative heat exchanger is in communication with the outlet of the refrigerator. The result is an increase in productivity and simplification of the design of the heat and cold energy unit.

Description

Полезная модель относится к энергетике, преимущественно к энергетическим агрегатам для одновременной выработки электроэнергии, теплоты и холода для нужд кондиционирования и/или термостатирования.The utility model relates to energy, mainly to power units for the simultaneous generation of electricity, heat and cold for the needs of conditioning and / or temperature control.

Известен теплохладоэнергетический агрегат, содержащий камеру с распылительной форсункой, водяной насос, подготовительную камеру аммиачного раствора, соединенную трубопроводом с эжектором, и газовый контур, в котором последовательно установлены генератор продуктов сгорания, включающий компрессор, камеру сгорания и газовую турбину, экономайзер, влагоотделитель, регенератор, турбодетандер, установленный на одном валу с турбонагнетателем, отделитель твердой двуокиси углерода и теплообменник, причем выходы теплообменника и экономайзера соединены трубопроводом (см. патент RU №2168639, кл. F01K 25/10, 10.06.2001).A heat and cold energy unit is known comprising a chamber with a spray nozzle, a water pump, an ammonia solution preparation chamber connected by a pipeline to an ejector, and a gas circuit in which a combustion product generator is installed in series, including a compressor, a combustion chamber and a gas turbine, an economizer, a water separator, a regenerator, a turboexpander installed on the same shaft with a turbocharger, a solid carbon dioxide separator and a heat exchanger, the exchanger outputs and economizer and connected by a pipeline (see patent RU No. 2168639, class F01K 25/10, 06/10/2001).

Данный теплохладоэнергетический агрегат обладает надежностью и имеет относительно невысокие выбросы вредных оксидов азота и серы в атмосферу. Однако данный теплохладоэнергетический агрегат имеет сравнительно сложную конструкцию, что сужает область его использования.This heat and cold energy unit is reliable and has relatively low emissions of harmful nitrogen and sulfur oxides into the atmosphere. However, this heat and cold energy unit has a relatively complex design, which narrows the scope of its use.

Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является теплохладоэнергетический агрегат, содержащий установленные на одном валу компрессор, газовую турбину, турбодетандер и электрический генератор, причем выход компрессора сообщен через первый регенеративный теплообменник и нагреватель газовой рабочей среды со входом в газовую турбину, которая выходом сообщена через первый рекуперативный теплообменник со входом в холодильник, турбодетандер входом сообщен с выходом второго рекуперативного теплообменника, а выходом через охлаждаемый объект и второй рекуперативный теплообменник с входом компрессора (см. патент BE №660680, кл. F01D 13/00, 06.09.1965).The closest to the utility model in terms of technical nature and the achieved result is a heat and cold power unit containing a compressor, a gas turbine, a turboexpander and an electric generator mounted on one shaft, the compressor output being communicated through a first regenerative heat exchanger and a gas medium heater with an entrance to the gas turbine, which the output is communicated through the first recuperative heat exchanger with the inlet to the refrigerator, the turboexpander is inlet communicated with the output of the second regenerative the heat exchanger, and the outlet through the cooled object and the second recuperative heat exchanger with the compressor inlet (see patent BE No. 660680, CL F01D 13/00, 09/06/1965).

Данный теплохладоэнергетический агрегат позволяет вырабатывать электроэнергию, теплоту и холод. Однако сложная двухконтурная схема построения данного агрегата приводит к увеличению металлоемкости и снижению производительности.This heat and cold energy unit allows you to generate electricity, heat and cold. However, a complex double-circuit design for the construction of this unit leads to an increase in metal consumption and a decrease in productivity.

Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является оптимизация конструкции теплохладоэнергетического агрегата.The task to which the present utility model is directed is to optimize the design of the heat and cold energy unit.

Технический результат, заключается в том, что достигается повышение производительности и упрощение конструкции теплохладоэнергетического агрегата.The technical result consists in the fact that an increase in productivity and simplification of the design of the heat and cold energy unit are achieved.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что теплохладоэнергетический агрегат содержит установленные на одном валу компрессор, газовую турбину, турбодетандер и электрический генератор, причем выход компрессора сообщен через первый регенеративный теплообменник и нагреватель газовой рабочей среды со входом в газовую турбину, которая выходом сообщена через первый рекуперативный теплообменник со входом в холодильник, турбодетандер входом сообщен с выходом второго рекуперативного теплообменника, а выходом через охлаждаемый объект и второй рекуперативный теплообменник с входом компрессора, при этом второй рекуперативный теплообменник сообщен с выходом холодильника.This problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the heat and cold energy unit contains a compressor, a gas turbine, a turboexpander and an electric generator mounted on one shaft, and the compressor output is communicated through the first regenerative heat exchanger and a gas medium heater with an entrance to the gas turbine, which the output is communicated through the first recuperative heat exchanger with the inlet to the refrigerator, the turbo expander with the input communicated with the output of the second recuperative heat exchanger, and in progress through the cooled object and the second indirect heat exchanger to the input of the compressor, the second regenerative heat exchanger in communication with the outlet of the refrigerator.

В ходе проведенного исследования была установлена возможность создания описанного выше теплохладоэнергетического агрегата с одноконтурной замкнутой схемой, который реализует комбинацию прямого и обратного циклов Брайтона и может одновременно вырабатывать электроэнергию, теплоту и холод для нужд кондиционирования и/или термостатирования, причем несмотря на значительное снижение электрического КПД теплохладоэнергетического агрегата суммарный эффект от его использования выше, чем при классическом варианте: энергетической установке с отдельным контуром холодильной установки.In the course of the study, it was established that it was possible to create the heat and cold energy unit described above with a single-loop closed circuit that implements a combination of direct and reverse Brighton cycles and can simultaneously generate electricity, heat and cold for conditioning and / or temperature control, and despite a significant decrease in the electrical efficiency of the heat and cold energy aggregate, the total effect of its use is higher than with the classic version: power plant ie with a separate loop refrigeration system.

На чертеже представлена принципиальная схема теплохладоэнергетического агрегата.The drawing shows a schematic diagram of a heat and cold energy unit.

Теплохладоэнергетический агрегат содержит установленные на одном валу компрессор 1, газовую турбину 2, турбодетандер 3 и электрический генератор 4. Выход компрессора 1 сообщен через первый регенеративный теплообменник 5 и нагреватель 6 газовой рабочей среды со входом в газовую турбину 2, которая выходом сообщена через первый рекуперативный теплообменник 5 со входом в холодильник 7. Турбодетандер 3 входом сообщен с выходом второго рекуперативного теплообменника 8, а выходом через охлаждаемый объект 9, например охлаждаемое (кондиционируемое) помещение, и второй рекуперативный теплообменник 8 с входом компрессора 1. Второй рекуперативный теплообменник 8 сообщен с выходом холодильника 7.The heat and cold energy unit comprises a compressor 1, a gas turbine 2, a turboexpander 3 and an electric generator 4 mounted on a single shaft. The output of the compressor 1 is communicated through the first regenerative heat exchanger 5 and the heater 6 of the gas medium with an inlet to the gas turbine 2, which is communicated through the first recuperative heat exchanger 5 with an entrance to the refrigerator 7. The turbo expander 3 is inlet connected to the outlet of the second recuperative heat exchanger 8, and through an outlet through a cooled object 9, for example, cooled (air-conditioned) omeschenie and a second regenerative heat exchanger 8 to the compressor 1. The second input of the recuperative heat exchanger 8 communicates with the outlet 7 of the refrigerator.

Теплохладоэнергетический агрегат работает следующим образом.Heat-cold power unit operates as follows.

Газовая рабочая среда, например гелий-ксеноновая смесь с молярной массой 40 кг/кмоль, сжимается в компрессоре 1, и из последнего поступает в первый рекуперативный теплообменник 5, где подогревается теплом газа, поступающего в первый рекуперативный теплообменник 5 из газовой турбины 2 и далее поступает в нагреватель 6.A gas medium, for example, a helium-xenon mixture with a molar mass of 40 kg / kmol, is compressed in the compressor 1, and from the latter it enters the first recuperative heat exchanger 5, where it is heated by the heat of the gas entering the first recuperative heat exchanger 5 from the gas turbine 2 and then to heater 6.

В нагревателе 6 температура газовой рабочей среды повышается до максимального заданного значения (подвод теплоты может быть реализован в любой форме, т.к. этот класс энергоустановок инвариантен к типу нагревателя), после чего она поступает в газовую турбину 2, где срабатывает свой теплоперепад, а турбина в свою очередь приводит во вращение ротор электрического генератора 4, рабочее колесо компрессора 1 и ротор турбодетандера 3. Затем из газовой турбины 4 газовая рабочая среда поступает через первый рекуперативный теплообменник 5, как отмечалось выше, в холодильник 7, где отдает в окружающую среду часть своей теплоты.In the heater 6, the temperature of the gas medium rises to the maximum preset value (heat can be supplied in any form, since this class of power plants is invariant to the type of heater), after which it enters the gas turbine 2, where its heat transfer is triggered, and the turbine in turn drives the rotor of the electric generator 4, the impeller of the compressor 1 and the rotor of the turbo expander 3. Then, from the gas turbine 4, the gas medium enters through the first recuperative heat exchanger 5, as noted axis above, in the refrigerator 7, which gives the environment a part of its heat.

Из холодильника 7 охлажденная газовая рабочая среда поступает во второй рекуперативный теплообменник 8, где дополнительно охлаждается. После этого газовая рабочая среда поступает в турбодетандер 3 (турбину низкого давления), где она расширяется, срабатывая теплоперепад, и затем окончательно охлажденная газовая рабочая среда из турбодетандера 3 поступает в охлаждаемый объект 9, где она нагревается, отводя теплоту от охлаждаемого объекта 9 и вновь поступает во второй рекуперативный теплообменник 8. После подогрева во втором рекуперативном теплообменнике 8 газовая рабочая среда поступает на вход компрессора 1.From the refrigerator 7, the cooled gas working medium enters the second recuperative heat exchanger 8, where it is further cooled. After that, the gas working medium enters the turbine expander 3 (low pressure turbine), where it expands, triggering a heat drop, and then the finally cooled gas working medium from the turbine expander 3 enters the cooled object 9, where it is heated, removing heat from the cooled object 9 and again enters the second recuperative heat exchanger 8. After heating in the second recuperative heat exchanger 8, the gas working medium enters the compressor 1.

Данный теплохладоэнергетический агрегат может быть использован для обеспечения электропитания оборудования с одновременным обеспечением заданного уровня температуры в помещениях (отсеках), где размещается электронная аппаратура и/или находится обслуживающий персонал.This heat and cold energy unit can be used to provide power to equipment while providing a predetermined temperature level in the rooms (compartments) where electronic equipment is located and / or service personnel are located.

Claims

A heat and cold energy unit comprising a compressor, a gas turbine, a turboexpander and an electric generator mounted on one shaft, the compressor output being communicated through a first regenerative heat exchanger and a gas medium heater with an inlet to a gas turbine that is communicated with an outlet through a first recuperative heat exchanger with a refrigerator inlet, a turbine expander the input communicated with the output of the second recuperative heat exchanger, and the output through the cooled object and the second recuperative heat exchanger with the input ohm compressor, characterized in that the second recuperative heat exchanger is in communication with the outlet of the refrigerator.