RU14603U1 - Автономное устройство для тепло- и электроснабжения - Google Patents

Abstract

Автономная установка для тепло- и электроснабжения, содержащая последовательно соединенные трубопровод высокого давления, первый теплообменник, детандер, кинематически соединенный с электрогенератором, первый тепловой насос, подключенный к первому теплообменнику, компрессор теплового насоса электрически соединен с электрогенератором, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным тепловым насосом, вторым теплообменником, а каждый тепловой насос снабжен регенеративным теплообменником, охватывающим входную и выходную по хладагенту магистрали от испарителя теплового насоса, при этом дополнительный тепловой насос подключен также к первому теплообменнику, испарители тепловых насосов подсоединены к источнику низкопотенциального тепла, а вход по греющей среде испарителя дополнительного теплового насоса соединен обводным трубопроводом с выходом компрессора первого теплового насоса, выход же по греющей среде испарителя дополнительного теплового насоса соединен обводным трубопроводом с входной магистралью регенеративного теплообменника первого теплового насоса, вход по греющей среде второго теплообменника через задвижку и регулятор соединен с выходом компрессора дополнительного теплового насоса, а выход по греющей среде второго теплообменника через задвижку соединен с входной по хладагенту магистралью регенеративного теплообменника дополнительного теплового насоса.

Description

трубопровод высокого давления, первый теплообменник, детандер, кинематически соединенный с электрогенератором первый тепловой насос, подключенный к первому теплообменнику, компрессор теплового насоса электрически соединен с электрогенератором, согласно полезной модели, снабжен дополнительным тепловым насосом, вторым теплообменником, а каждый тепловой насос снабжен регенеративным теплообменником, охватывающим входную и выходную магистрали от испарителя теплового насоса, при этом дополнительный тепловой насос подключен также к первому теплообменнику, испарители тепловых насосов подсоединены к источнику низкопотенциального тепла, а вход по греющей среде испарителя дополнительного теплового насоса соединен обводным трубопроводом с выходом компрессора первого теплового насоса, выход же по греющей среде испарителя дополнительного теплового насоса соединен обводным трубопроводом с входной магистралью регенеративного теплообменника первого теплового насоса, вход по греющей среде второго теплообменника через регулятор и задвижку соединен с выходом компрессора дополнительного теплового насоса, в выход по греющей среде второго теплообменника через задвижку соединен с входной магистралью регенеративного теплообменника дополнительного теплового насоса.

На чертеже изображена схема устройства.

Автономное устройство для тепло- и электроснабжения содержит последовательно соединенные трубопровод 1 высокого давления, первый теплообменник 2, детандер 3, кинематически соединенный с электрогенератором 4, первый тепловой насос 5, компрессор 6 которого электрически соединен с электрогенератором 4. Устройство снабжено дополнительным тепловым насосом 7,компрессор 8 которого также имеет электрическую связь с электрогенератором 4. Тепловые насосы 5 и 7 подключены к первому теплообменнику 2 и каждый из них оборудован регенеративным теплообменником 9 и 10 соответственно, охватывающим входную и выходную по хладагенту магистрали от испарителя 11 и 12 соответственно. Испарители 11 и 12 тепловых насосов 5 и 7 подсоединены к источнику низкопотенциального тепла 13, а вход по греющей среде испарителя 12 дополнительного теплового насоса 7 соединен обводным трубопроводом 14 с выходом компрессора 6 первого теплового насоса 5. Выход же по греющей среде испарителя 12 дополнительного теплового насоса 7 соединен обводным трубопроводом 15с входной магистралью регенеративного теплообменника 11 первого теплового насоса 5. Второй теплообменник 17 подогрева какой-либо жидкости или какого-либо газа соединен по греющей среде с дополнительным тепловым насосом 7, причем вход по греющей среде второго теплообменника 17 через задвижку 18 и регулятор 19 соединен с выходом компрессора 8 дополнительного теплового насоса 7, а выход по греющей среде второго теплообменника 17 через задвижку 20 соединен с входной магистралью регенеративного теплообменника 10 дополнительного теплового насоса 7.

Электродвигатели 21 и 22, которые входят также в состав тепловых насосов 5 и 7 соответственно, имеют электрическую связь соответственно 23 и 24 с электрогенератором 4, последняя снабжена выключателем 25. Кроме того электрогенератор 4 имеет электрическую связь 26, с установленным на ней выключателем 27, с внешней электрической сетью.

В тепловых насосах 5 и 7 имеются дроссели 28 и 29 соответственно, каждый из которых расположен между испарителем и регенеративным теплообменником соответствующего насоса. На обводном трубопроводе 14 расположена задвижка 30, на обводном трубопроводе 15 расположена задвижка 31. На входном по хладагенту трубопроводе теплового насоса 5 расположена задвижка 32, на выходном по хладагенту трубопроводе теплового насоса 5- задвижка ЗЗ.На входном по хладагенту трубопроводе теплового насоса 7 расположена задвижка 34, на выходном по хладагенту трубопроводе теплового насоса 7 - задвижка 35, а непосредственно перед испарителем 2 в части трубопровода, общей с выходным трубопроводом теплового насоса 5, расположен регулятор 36.

Выходные и входные патрубки испарителей 11 и 12 соединены обводными трубопроводами с расположенными на них задвижками 37 и 38. На выходе детандера 3 расположен трубопровод низкого давления 39.

Предлагаемое устройство может работать в различных режимах:

-с отпуском максимально возможного количества электроэнергии внешнему потребителю,

-с отпуском максимально возможного количества тепла внешнему потребителю,

-с отпуском одновременно электроэнергии и тепла внешним потребителям,

-с максимально возможным подогревом транспортируемого газа,

-с подогревом газа и отпуском тепла внешним потребителям.

В режиме с отпуском максимально возможного количества электроэнергии внешнему потребителю устройство работает следующим образом.

Задвижки 33 и 32 открыты, задвижки 30, 31,34,35, 37,38 закрыты. Выключатель 27 включен, выключатель 25 выключен.

Газ высокого давления поступает по трубопроводу высокого давления 1 в первый теплообменник 2, греющей средой в котором служит пар хладагента контура первого теплонасосного устройства, направляемый в первый теплообменник 2 компрессором 6, вращаемым электродвигателем 21, по выходному трубопроводу с задвижкой 33 и регулятором 36. Хладагент, отдав тепло газу в теплообменнике 2, по входному трубопроводу с задвижкой 32 поступает в регенеративный теплообменник 9, затем расширяется в дросселе 28, после чего поступает в испаритель 11, где нагревается за счет тепла низкопотенциального источника 13 и через регенеративный теплообменник 9 подается во входной патрубок компрессора 6. .Нагретый в теплообменнике 2 транспортируемый газ высокого давления поступает в детандер 3. Нагрев газа в теплообменнике 2 производится до тех пор, пока температура газа на выходе из детандера 3 будет не ниже заданной по условиям эксплуатации детандер-генераторного агрегата. Носле совершения механической работы и расширения в детандере 3 газ поступает в трубопровод низкого давления 39, а механическая работа газа, полученная в детандере 3, преобразуется в электрическую энергию в электрогенераторе 4. Часть полученной в электрогенераторе 4 электрической энергии используется для приведения в действие электродвигателя 21 компрессора 6 через электрическую связь 23. Остальная электроэнергия, выработанная электрогенератором 4, направляется по электрической связи 26 во внешнюю по отношению к установке электрическую сеть.

В режиме с отпуском максимально возможного количества тепла внешнему потребителю устройство работает следуюш;им образом.

Задвижки 18,33,32, 20,37,38 открыты, задвижки 30 и 31закрыты. Выключатель 25 включен, выключатель 27 выключен.

Часть электроэнергии, выработанной генератором 4, подается через электрическую связь 23 на электродвигатель 21 компрессора 6. Работа теплового насоса 5, как и в предыдуш;ем случае, обеспечивает подогрев транспортируемого газа до необходимой по условиям эксплуатации температуры. Остальная электроэнергия, выработанная генератором 4, подается через электрическую связь 24 на электродвигатель 22 компрессора 8 теплового насоса 7. Тепло низкопотенциального источника 13 преобразуется в тепловом насосе 7 в высокопотенциальное тепло. Хладагент теплового насоса 7 после компрессора 8 по трубопроводу с задвижкой 18 и регулятором 19 направляется в качестве греюш;ей среды в теплообменник 17, где передает энергию потоку какой-либо жидкости или какого либо газа, после чего направляется по трубопроводу с задвижкой 20 в регенеративный теплообменник 10 теплового насоса 7 .

В режиме с отпуском электроэнергии и тепла внешним потребителям устройство работает следуюп ;им образом.

Задвижки 18,33, 32,20,37,38 открыты, задвижки 30 и 31закрыты. Выключатели 25 и 27 включены.

Данный режим отличается от режима с отпуском максимально возможного количества тепла внешнему потребителю тем, что та часть выработанной электрогенератором электроэнергии, которая по электрической связи 24 направлялась на электродвигатель 22 и полностью использовалась для привода компрессора 8 теплового насоса 7 , в данном случае частично направляется по электрической связи 24 на электродвигатель 22, чем обеспечивает передачу энергии в теплообменнике 17 потребителю

60

тепла, a частично по электрической связи 26 передается внешнему потребителю электроэнергии.

В режиме с максимально возможным подогревом газа работа устройства происходит следующим образом.

Задвижки 30, 31, 35 и 34 открыты, задвижки 18, 33, 32,20,37,38 закрыты. Выключатель 25 включен, выключатель 27 выключен.

В данном режиме тепловые насосы 5 и 7 соединяются последовательно. Хладагент после компрессора 6 теплового насоса 5 поступает в качестве греющей среды в испаритель 12 теплового насоса 7. В результате давление и соответственно температура хладагента в тепловом насосе 7 повышаются по сравнению со случаем, когда в испаритель 12 подается низкопотенциальное тепло непосредственно от низкопотенциального источника тепла 13, и хладагент в тепловом насосе 7, и, следовательно, и транспортируемый газ, при той же мощности компрессора 8 нагревается до более высокой температуры. Повышение температуры газа при дальнейшем его сжигании, например, в топках котлоагрегатов, приводит к снижению расхода топлива.

В режиме с подогревом газа и отпуском тепла внешним потребителям задвижки 18, 30, 31, 35, 34 и 20 открыты, задвижки 33, 32, 37, 38 закрыты. Выключатель 25 включен, выключатель 27 выключен.

Данный режим отличается от режима с максимально возможным подогревом газа тем, что часть хладагента после компрессора 8 теплового насоса 7 используется и для подогрева потока жидкости в теплообменнике 17. Регулирование количества теплоты, отбираемой для подогрева жидкости, производится регулятором 19.

Таким образом, осуществляя различные режимы работы на предлагаемом устройстве, можно дополнительно получать как электрическую так и тепловую энергию, а также подогревать газ в теплообменнике 2, благодаря чему повышается экономичность работы котлоагрегатов, использующих этот газ.

Claims (1)

1. Автономная установка для тепло- и электроснабжения, содержащая последовательно соединенные трубопровод высокого давления, первый теплообменник, детандер, кинематически соединенный с электрогенератором, первый тепловой насос, подключенный к первому теплообменнику, компрессор теплового насоса электрически соединен с электрогенератором, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным тепловым насосом, вторым теплообменником, а каждый тепловой насос снабжен регенеративным теплообменником, охватывающим входную и выходную по хладагенту магистрали от испарителя теплового насоса, при этом дополнительный тепловой насос подключен также к первому теплообменнику, испарители тепловых насосов подсоединены к источнику низкопотенциального тепла, а вход по греющей среде испарителя дополнительного теплового насоса соединен обводным трубопроводом с выходом компрессора первого теплового насоса, выход же по греющей среде испарителя дополнительного теплового насоса соединен обводным трубопроводом с входной магистралью регенеративного теплообменника первого теплового насоса, вход по греющей среде второго теплообменника через задвижку и регулятор соединен с выходом компрессора дополнительного теплового насоса, а выход по греющей среде второго теплообменника через задвижку соединен с входной по хладагенту магистралью регенеративного теплообменника дополнительного теплового насоса.