RU2047003C1 - Энергетическая установка - Google Patents
Энергетическая установка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2047003C1 RU2047003C1 SU5066588A RU2047003C1 RU 2047003 C1 RU2047003 C1 RU 2047003C1 SU 5066588 A SU5066588 A SU 5066588A RU 2047003 C1 RU2047003 C1 RU 2047003C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- elements
- absorbing
- engine
- accumulator
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Использование: судостроение, в энергетических установках с двигателем с внешним подводом тепла, предназначенных для использования на транспортных средствах, в том числе на судах. Сущность изобретения: энергетическая установка содержит двигатель 1 с внешним подводом тепла и соединенный с ним через систему тепловых труб 14 тепловой аккумулятор, состоящий из теплопоглощающих 5 и теплопередающих 6 элементов, газовых полостей с теплоносителем, корпуса с тепловой изоляцией 7 и системой разогрева. Теплопоглощающие элементы 5 теплового аккумулятора выполнены из материала с термоупругими мартенситными превращениями в рабочем диапазоне температур, при этом в теле этих элементов образованы каналы 15 для перехода греющего материала с теплоносителя из полости испарительной зоны тепловых труб 14, причем поверхности полостей выложены материалом с капиллярно-пористой структурой, пропитанным теплоносителем тепловой трубы. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к судостроению и может быть использовано в энергетических установках с двигателем с внешним подводом тепла (ДВПТ), предназначенных для использования на транспортных средствах, в том числе на судах.
Известны энергетические установки (ЭУ) транспортных средства (ТС), содержащие двигатель Стирлинга, соединенный системой тепловых труб с тепловым аккумулятором, заполненным веществом-наполнителем, аккумулирующим тепло в виде теплоты плавления, и систему разогрева [1]
Однако в таких ЭУ ТА имеют малое быстродействие, низкие удельные характеристики теплопоглощения и др.
Однако в таких ЭУ ТА имеют малое быстродействие, низкие удельные характеристики теплопоглощения и др.
Наиболее близкой к предлагаемой по своим техническим признакам, т.е. прототипом предлагаемого изобретения, является энергетическая установка транспортного средства, содержащая двигатель Стирлинга, имеющий нагреватель, камеру горения, системы подачи горючего и окислителя, холодильник выпускных газов, соединенный трубопроводом с забортным пространством, тепловую трубу с испарительной, транспортной и конденсационной зонами, тепловой аккумулятор, имеющий газовую и теплоаккумулирующие полости, при этом камера горения соединена трубопроводом с холодильником выпускных газов через газовую полость теплового аккумулятора, испарительная зона тепловой трубы встроена в теплоаккумулирующую полость теплового аккумулятора, а нагреватель двигателя установлен в конденсационной зоне тепловой трубы.
В данной ЭУ ТА обладает недостаточной удельной энергоемкостью, малым быстродействием процесса теплопоглощения, а также не обеспечивает требуемой многоцикловости и нетоксичности процессов.
Предлагаемое техническое решение направлено на увеличение удельной энергоемкости, снижение времени процесса теплопоглощения, а также обеспечение многоцикловости и нетоксичности процессов в тепловом аккумуляторе.
Для этого в энергетической установке, содержащей двигатель Стирлинга, соединенный системой тепловых труб с тепловым аккумулятором, состоящим из теплопоглощающих и теплопередающих элементов, газовых полостей с теплоносителем, корпуса с тепловой изоляцией и системой разогрева, теплопоглощающие элементы теплового аккумулятора выполнены из материала с теплоупругими мартенситными превращениями (ТУМП) в рабочем диапазоне температур, причем в теле этих элементов образованы каналы для прохода греющего указанный материал теплоносителя из полости испарительной зоны тепловых труб, при этом поверхности полостей выложены материалом с капиллярно-пористой структурой, пропитанным теплоносителем тепловой трубы.
Существенными отличительными признаками данного решения, направленными на достижение технического результата, являются:
выполнение теплопоглощающих элементов теплового аккумулятора из материала, обладающего в рабочем диапазоне температур свойством термоупругого мартенсивного превращения;
наличие в теле теплопоглощающих элементов каналов для прохода греющего теплоносителя;
наличие полостей для испарительной зоны тепловых труб; выкладка поверхностей полостей испарительной зоны тепловых труб материалом с капиллярно-пористой структурой и пропитка этого материала теплоносителем тепловой трубы;
выполнение теплопоглощающих элементов из твердотельного нетоксичного пожаробезопасного материала на основе никелида титана с широким рабочим диапазоном температур, например от 73 до 1273К при узком (избирательном) температурном гистерезисе, например в диапазоне 15-40о, быстродействии процессов теплопоглощения (тепловыделения) порядка 10 Гц и многоцикловости не менее 100000 циклов;
наличие теплопроводных элементов, например металлической проволоки, с теплопроводностью, превышающей теплопроводность теплоаккумулирующего материала, контактирующих с испарительной частью системы тепловых труб.
выполнение теплопоглощающих элементов теплового аккумулятора из материала, обладающего в рабочем диапазоне температур свойством термоупругого мартенсивного превращения;
наличие в теле теплопоглощающих элементов каналов для прохода греющего теплоносителя;
наличие полостей для испарительной зоны тепловых труб; выкладка поверхностей полостей испарительной зоны тепловых труб материалом с капиллярно-пористой структурой и пропитка этого материала теплоносителем тепловой трубы;
выполнение теплопоглощающих элементов из твердотельного нетоксичного пожаробезопасного материала на основе никелида титана с широким рабочим диапазоном температур, например от 73 до 1273К при узком (избирательном) температурном гистерезисе, например в диапазоне 15-40о, быстродействии процессов теплопоглощения (тепловыделения) порядка 10 Гц и многоцикловости не менее 100000 циклов;
наличие теплопроводных элементов, например металлической проволоки, с теплопроводностью, превышающей теплопроводность теплоаккумулирующего материала, контактирующих с испарительной частью системы тепловых труб.
Выполнение теплопоглощающих элементов теплового аккумулятора из материала, обладающего в рабочем диапазоне температур свойством термоупругого мартенситного превращения, например на основе никелида титана, позволяет увеличить удельную энергоемкость материала теплового аккумулятора до 100-200 кВт˙ч/м3, а в перспективе до 600 кВт˙ч/м3, существенно увеличить число циклов зарядка-разрядка (до значений более 100000 циклов), существенно, в несколько раз, улучшить быстродействие процессов теплопоглощения (тепловыделения) (до 10 Гц), исключить токсичность процессов теплопоглощения при работе установки.
Наличие в теле теплопоглощающих элементов каналов для прохода греющего теплоносителя обеспечивает передачу тепловой энергии от систем разогрева в заданное время и в необходимом количестве.
Наличие полостей для испарительной зоны тепловых труб, выкладка поверхностей материалом с капиллярно-пористой структурой, пропитка этих материалов теплоносителем тепловой трубы, а также наличие в теле теплопоглощающих материалов теплопроводящих элементов, например металлической проволоки с теплопроводностью, превышающей теплопроводимость теплоаккумулирующего материала, контактирующих с испарительной частью системы тепловых труб, обеспечивают эффективный отвод тепловой энергии от теплоаккумулирующих элементов и передачу этой энергии рабочему телу ДВПТ.
На фиг. 1 приведена принципиальная схема энергетической установки с двигателем с внешним подводом тепла и мартенситным тепловым аккмулятором; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.
Установка содержит двигатель 1 с внешним подводом тепла, работающий по циклу Стирлинга, который механически соединен с электрогенератором. Нагреватель 3 двигателя, представляющий собой конденсационную зону тепловых труб, связан транспортной зоной тепловых труб 4 с испарительной зоной тепловых труб 14, установленной в теле теплопоглощающих элементов 5 тепловго аккумулятора. В теле теплопоглощающих элементов 5 установлены теплопроводные элементы 6, которые с одной стороны связаны с испарительной зоной тепловых труб 14. Теплопоглощающие элементы снабжены каналами 15 для прохода греющего теплоносителя. Тепловой аккумулятор снабжен тепловой изоляцией 7. В качестве греющего теплоносителя используются продукты горения, образующиеся в системе разогрева, содержащей камеру сгорания 9, связанную трубопроводом последовательно с экономайзером 11 и нагнетателем воздуха, который используется в качестве окислителя. В камеру сгорания подается топливо. При его сгорании происходит выделение тепла. Выходной патрубок камеры горения связан газоподводящим трубопроводом 8 с каналами 15, выполненными в теле теплопоглощающих элементов 5 теплового аккумулятора. Теплопоглощающие элементы выполнены из материала, обладающего свойством термоупругого мартенситного превращения. В процессе фазовых (мартенситных) превращений происходит накопление тепловой энергии. Тепловой аккумулятор газоотводным каналом 10 связан с экономайзером 11 и входным патрубком газовой турбины 12.
Энергетическая установка работает следующим образом.
В режиме теплопоглощения теплового аккумулятора воздух поступает из атмосферы в компрессор 13, подогревается в экономайзере 11 и поступает в камеру сгорания 9. В эту камеру подается топливо и при сгорании происходит выделение тепла. Горячие газы подаются через газоподводящие трубопроводы 8 к теплопоглощающим элементам 5 теплового аккумулятора. Для снижения времени разогрева теплопоглощающие элементы ТА оборудованы теплопроводными элементами 6. Часть газов по каналам 10 отводится в экономайзер 11 и поступает на турбину 12, которая приводит во вращение компрессор 13. Режим теплопоглощения ТА заканчивается после завершения процессов фазовых переходов при передаче тепла элементам 5 ТА. При этом по тепловым трубам 4 часть тепла непрерывно подводится к нагревателю 3 ДВПТ 1, вращающего электрогенератор 2. В режиме тепловыделения контур внешнего подвода окислителя (воздуха), включающий компрессор 13, экономайзер 11, камеру сгорания 9, газоподводящие каналы 8 и 10 и турбину 12, отключается. Тепло, накопленное в теплопоглощающих элементах ТА, по тепловым трубам 4 поступает в нагреватель 3 ДВПТ 1, который приводит во вращение электрогенератор 2 при отключенном контуре с внешним подводом окислителя (КВПО).
Проектно-исследовательские проработки и оценочные расчеты показывают, что при мощности на режиме отключения КВПО N=200 кВт, время работы при отключенном КВПО может достигать нескольких часов. Так, ТА из материалов с термоупругими мартенситными превращениями (ТУМП) на основе никелида титана может работать в диапазоне температур от -200 до 1000оС при температурном гистерезисе 15-40оС и быстродействии процессов теплопоглощения (тепловыделения) f=10 Гц. При этом число циклов может быть более 100000. Величина коэффициента удельного теплопоглощения для существующих материалов лежит в пределах 100-200 кВт˙ч/м3 и в перспективе может быть увеличена в 1,5-2 и боле раз. Таким образом, при занимаемом ТА объеме порядка нескольких кубометров время работы с отключенным КВПО может достигать 2-5 ч.
По сравнению с прототипом удельная энергоемкость повышается в 1,5-2 раза, быстродействие процессов теплопоглощения увеличивается в 10 и более раз, при этом обеспечивается полная нетоксичность процессов в материалах с ТУМП, а число циклов поглощения-выделения тепла может быть более 100000.
Claims (4)
1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая двигатель с внешним подводом тепла, соединенный системой тепловых труб с тепловым аккумулятором, состоящим из теплопоглощающих и теплопередающих элементов, газовых полостей, корпуса с тепловой изоляцией и системы разогрева, отличающаяся тем, что теплопоглощающие элементы аккумулятора выполнены из материала с термоупругими фазовыми переходами в рабочем диапазоне температур, при этом испарительная зона тепловой трубы размещена в газовой полости подвода тепла, а нагреватель двигателя с внешним подводом тепла установлен в конденсационной полости тепловой трубы.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что теплопоглощающие элементы выполнены из твердотельного нетоксичного пожаробезопасного материала на основе никелида титана.
3. Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что в материале теплопоглощающих элементов, обладающем свойством термоупругого мартенситного превращения, установлены теплопроводные элементы.
4. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что теплопроводные элементы выполнены в виде металлической проволоки с теплопроводностью, превышающей теплопроводность теплоаккумулирующего материала.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5066588 RU2047003C1 (ru) | 1992-10-09 | 1992-10-09 | Энергетическая установка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5066588 RU2047003C1 (ru) | 1992-10-09 | 1992-10-09 | Энергетическая установка |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2047003C1 true RU2047003C1 (ru) | 1995-10-27 |
Family
ID=21615317
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5066588 RU2047003C1 (ru) | 1992-10-09 | 1992-10-09 | Энергетическая установка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2047003C1 (ru) |
-
1992
- 1992-10-09 RU SU5066588 patent/RU2047003C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Двигатели Стирлинга Под. ред. В. М. Броданского. - М.: Мир, 1975, с.279-337. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA1331522C (en) | Apparatus and method for optimizing the air inlet temperature of gas turbines | |
US8353160B2 (en) | Thermo-electric engine | |
WO1987003933A1 (en) | Co-generation plant module systems | |
CN103154657A (zh) | 高密度能量储存及恢复 | |
RU95113708A (ru) | Система электрохимического преобразователя | |
CN1794557A (zh) | 一种发动机排气管余热发电方法及装置 | |
RU2122642C1 (ru) | Электростанция с комбинированным паросиловым циклом | |
US6520249B2 (en) | Low-temperature waste-heat-gas driven refrigeration system | |
RU2047003C1 (ru) | Энергетическая установка | |
US3147744A (en) | Thermal power plant | |
Subramanian et al. | Experimental analysis of a PCM based IC engine exhaust waste heat recovery system | |
CN103352746A (zh) | 基于熔盐蓄热的天然气冷热电供能装置 | |
HU9401535D0 (en) | Combine gas-steam turbine power station | |
KR100456069B1 (ko) | 열매체유를 이용한 축열식 전기 보일러 | |
CN209430253U (zh) | 基于斯特林热机的高温烟气发电系统 | |
MacCracken | Overview of the progress and the potential of thermal storage in off-peak turbine inlet cooling | |
CN201349188Y (zh) | 一种热管式热电模块及其发电装置 | |
Hall et al. | Gas turbine inlet-air chilling at a cogeneration facility | |
CN210768966U (zh) | 一种热电高温尾气余热再利用装置 | |
CN103673376B (zh) | 一种加热与吸附热结合的热量转换装置 | |
CN114575950B (zh) | 储热型调峰电站 | |
CN211651336U (zh) | 叠加式固体蓄热装置 | |
CN1105418A (zh) | 改变工作质、内燃机、锅炉、热交换、太阳能四做功能高效获得法 | |
KR200221437Y1 (ko) | 열매체유를 이용한 축열식 전기 보일러 | |
RU2117881C1 (ru) | Тепловой аккумулятор |