RU157594U1 - Тригенерационная установка - Google Patents

Abstract

1. Тригенерационная установка, состоящая из двух блоков, первый, включающий двигатель внутреннего сгорания и на его валу электрический генератор электроснабжения потребителей, и второй, включающий электрический двигатель, питающийся от электрического генератора первого блока, на валу электрического двигателя расположен компрессор теплового насоса, который в свою очередь имеет конденсатор, испаритель, отличающаяся тем, что первый блок включает трехконтурный теплообменник, один контур которого соединен с двигателем внутреннего сгорания по тракту выхлопных газов, второй контур по тракту системы охлаждения двигателя, третий контур на входе соединен с конденсатором теплового насоса, а на выходе с потребителем тепловой энергии - горячей воды, кроме того, испаритель теплового насоса соединен с потребителем холода.2. Тригенерационная установка по п. 1, отличающаяся тем, что тепловой насос снабжен охладителем конденсата и пароперегревателем.

Description

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована в комбинированных системах теплоэлектроснабжения для повышения эффективности утилизации тепловых отходов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и источников низкопотенциального тепла или систем кондиционирования.

Известна комбинированная система теплоэлектроснабжения, содержащая тепловую электростанцию или мини-ТЭС с теплообменниками-утилизаторами тепла, которые включены в промежуточный контур циркуляции с промежуточным теплообменником замкнутого контура теплоснабжения, образованного последовательно расположенными конденсатором теплового насоса, промежуточным теплообменником по линии нагреваемого теплоносителя, пиковым котлом и потребителем теплоты с системами отопления и горячего водоснабжения, при этом испаритель теплового насоса присоединен к источнику низкопотенциального тепла (патент РФ №56986, МПК F24D 11/02, F01K 17/02, опубликовано 27.09.2006). Однако данная система имеет ряд недостатков. Есть опасность «переохлаждения» масла следствием чего является повышение потерь на трение и снижение эффективности работы двигателя в целом. Утилизация теплоты от воздухоохладителя и корпуса двигателя нерентабельна ввиду низких коэффициентов теплоотдачи со стороны воздуха. Отсутствие охладителя конденсата и пароперегревателя свидетельствует о недостаточной эффективности теплового насоса.

Известен когенератор с накопительным баком и двумя тепловыми насосами (патент РФ №59157, МПК F02G 5/02, опубликовано 10.12.2006). В качестве двигателя используется газопоршневой ДВС, работающий на природном газе. Однако применение в когенераторе отдельного водяного контура для передачи тепла к испарителю теплового насоса усложняет систему, а само применение теплового насоса в качестве передатчика теплоты от систем смазки и охлаждения влечет за собой увеличение тепловых потерь. Таким образом, применение двух тепловых насосов нерентабельно ввиду соотношения их высокой стоимости и получаемого эффекта.

Известна теплонасосная установка, состоящая из двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС) и на его валу электрический генератор электроснабжения потребителей, и электрический двигатель, на валу которого имеется компрессор теплового насоса (патент РФ №90177, МПК F25B 27/02, опубликовано 27.12.2009). Данная теплонасосная установка наиболее близка к заявленной полезной модели и принята за прототип. Здесь теплота ДВС утилизируется тепловым насосом достаточно полно. Однако есть дополнительный третий контур, где теплоносителем служит вода, на прокачку которой расходуется часть электроэнергии, что снижает общую эффективность установки. Потребителю тепло передается через конденсатор теплового насоса, что говорит о дополнительных гидравлических потерях на прокачку теплоносителя.

Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении эффективности использования теплоты, получаемой в результате сжигания природного газа, и в повышении компактности блока утилизации теплоты.

Технический результат достигается тем, что в тригенерационной установке, состоящей из двух блоков, первый, включающий двигатель внутреннего сгорания и на его валу электрический генератор электроснабжения потребителей, и второй, включающий электрический двигатель, питающийся от электрического генератора первого блока, на валу электрического двигателя расположен компрессор теплового насоса, который в свою очередь имеет конденсатор, испаритель, новым является то, что первый блок включает трехконтурный теплообменник, один контур которого соединен с двигателем внутреннего сгорания по тракту выхлопных газов, второй контур по тракту системы охлаждения двигателя, третий контур на входе соединен с конденсатором теплового насоса, а на выходе с потребителем тепловой энергии - горячей воды, кроме того, испаритель теплового насоса соединен с потребителем холода.

Тепловой насос снабжен охладителем конденсата и пароперегревателем.

На фигуре представлена схема тригенерационной установки на базе газопоршневого двигателя КамАЗ и парокомпрессионного теплового насоса.

Здесь 1 - газопоршневой двигатель внутреннего сгорания; 2 - электрогенератор; 3 - электродвигатель; 4 - компрессор; 5 - конденсатор; 6-испаритель; 7 - охладитель конденсата; 8 - пароперегреватель; 9 - трехконтурный теплообменный аппарат тосол - вода - выхлопные газы; 10 - фильтр-осушитель; 11 - соленоидный вентиль (дроссель?); 12 - радиатор системы охлаждения двигателя; 13, 14 и 15 - трехходовой вентиль.

Тригенерационная установка представляет собой комплекс, состоящий из парокомпрессионного теплового насоса (второй блок), газопоршневого двигателя КАМАЗ 1 с системой утилизации теплоты, представляющей собой трехконтурный теплообменный аппарат тосол - вода - выхлопные газы 9 к нему и электрогенератора 2. Тепловой насос включает в себя компрессор 4, приводимый от электродвигателя 3, конденсатор 5, охладитель конденсата 7, пароперегреватель 8, фильтр-осушитель 10, соленоидный вентиль 11 и испаритель 6. Газопоршневой двигатель ДВС 1 представляет собой V-образный восьмицилиндровый двигатель, работающий на природном газе. Система утилизации теплоты представлена в виде трехконтурного теплообменного аппарата, один контур которого соединен с двигателем внутреннего сгорания 1 по тракту выхлопных газов, второй контур по тракту системы охлаждения двигателя, третий контур на входе соединен с конденсатором 5 теплового насоса, а на выходе с потребителем тепловой энергии - горячей воды. В первый контур, выполняющий функцию мини-ТЭЦ входит штатный радиатор системы охлаждения и три трехходовых вентиля 13, 14 и 15, позволяющих перенаправлять воду, охлаждающую жидкость и выхлопные газы по байпасным линиям, в обход трехконтурного теплообменника 9, в случае отсутствия необходимости в горячей воде.

Тригенерационная установка работает следующим образом. К газопоршневому двигателю внутреннего сгорания ДВС 1 подводится природный газ и воздух. ДВС приводит во вращение вал электрогенератора 2, электрогенератор 2 вырабатывает электричество для потребителя. Утилизация тепла ДВС производится в трехконтурном теплообменном аппарате 9. В штатную систему охлаждения ДВС содержащую радиатор 12 добавлен трехходовой вентиль 15, посредством которого регулируется подача охлаждающей жидкости либо в радиатор, либо в трехконтурный теплообменник 9. В систему охлаждения ДВС включен охладитель масла, таким образом, в теплообменный аппарат 9 отводится и теплота от масляной системы. Выхлопные газы ДВС поступают в теплообменник 9 и охлаждаются водой. В тракт выхлопных газов включен трехходовой вентиль 14, направляющий поток продуктов сгорания либо через теплообменник 9, либо по байпасному каналу. Охлажденные до 120-150°C выхлопные газы отводятся в атмосферу. Часть электроэнергии, полученной генератором 2, расходуется на питание электродвигателя 3, на валу которого находится компрессор 4 теплового насоса. После компрессора 4 в тракте хладагента парокомпрессионного теплового насоса находится конденсатор 5, в котором теплота отводится от хладагента. За конденсатором 5 следует охладитель конденсата 7, в котором также отводится тепло от хладагента. За охладителем конденсата 7 хладагент поступает в пароперегреватель 8, в котором отводится тепло от конденсата. После пароперегревателя 8 установлен фильтр-осушитель 10. За ним установлены соленоидный вентиль 11 и испаритель 6, в котором тепло отводится от низкопотенциального источника. Далее хладагент поступает в пароперегреватель 8 и затем возвращается к компрессору 4.

Обратная вода от потребителя поступает в конденсатор 5 теплового насоса, где подогревается. Затем вода поступает в трехконтурный теплообменный аппарат 9, где забирает теплоту от охлаждающей жидкости и от выхлопных газов двигателя. За теплообменным аппаратом 9 установлен трехходовой вентиль 13, которым регулируется течение по байпасной линии в обход теплообменника 9. Затем горячая вода поступает в сеть.

Таким образом, за счет применения высокоэффективного парокомпрессионного теплового насоса и исключения промежуточного теплоносителя в контуре системы утилизации теплоты, достигается высокий коэффициент использования теплоты, получаемой в результате сжигания природного газа. А за счет применения трехконтурного теплообменного аппарата, который заменяет два теплообменника, система утилизации теплоты становится компактной, и, следовательно, мини-ТЭЦ на основе газопоршневого ДВС становится более мобильной.

Claims (2)

1. Тригенерационная установка, состоящая из двух блоков, первый, включающий двигатель внутреннего сгорания и на его валу электрический генератор электроснабжения потребителей, и второй, включающий электрический двигатель, питающийся от электрического генератора первого блока, на валу электрического двигателя расположен компрессор теплового насоса, который в свою очередь имеет конденсатор, испаритель, отличающаяся тем, что первый блок включает трехконтурный теплообменник, один контур которого соединен с двигателем внутреннего сгорания по тракту выхлопных газов, второй контур по тракту системы охлаждения двигателя, третий контур на входе соединен с конденсатором теплового насоса, а на выходе с потребителем тепловой энергии - горячей воды, кроме того, испаритель теплового насоса соединен с потребителем холода.

2. Тригенерационная установка по п. 1, отличающаяся тем, что тепловой насос снабжен охладителем конденсата и пароперегревателем.

Images