RU2097664C1

RU2097664C1 - Power heating and refrigerating plant

Info

Publication number: RU2097664C1
Application number: RU9595109140A
Authority: RU
Inventors: Николай Геннадьевич Кириллов
Original assignee: Николай Геннадьевич Кириллов
Priority date: 1995-05-24
Filing date: 1995-05-24
Publication date: 1997-11-27
Also published as: RU95109140A

Abstract

FIELD: heat power engineering; simultaneous generation of electric power, heat and cold; refrigerated trucks. SUBSTANCE: plant is provided with Vuilemie-Taconise thermal machine which includes refrigerating machine and engine provided with heat exchangers and connected with gas duct of internal combustion engine through engine heater, with cold supply system six loop through cooler of refrigerating machine and with loop of heat supply system through coolers of engine and refrigerating machine. EFFECT: considerable reduction of material resources, application of technologies excluding impairment of ozone atmosphere; enhanced efficiency of plant as a whole. 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для одновременного получения электрической энергии, тепла и холода, а также может использоваться в качестве авторефрижераторных установок. The invention relates to a power system and is intended for the simultaneous production of electrical energy, heat and cold, and can also be used as refrigeration units.

Известно широкое применение парокомпрессионных холодильных машин для систем холодоснабжения. Недостатком таких систем является то, что в качестве рабочего тела холодильной машины используются фреоны, разрушающие озоновый слой атмосферы [1]
Известны также решения правительства РФ о развитии озононеразрушающих технологий в холодильной промышленности [2]
Известно устройство машины Вюлемье-Такониса, представляющей собой механически замкнутую систему, состоящую из холодильной машины и двигателя, причем последний развивает такую мощность, которая необходима холодильной машине. Цикл осуществляется за счет подвода теплоты от внешнего источника. Наивысшая температура цикла в зависимости от типа источника теплоты может быть в широком диапазоне значений, например от 500 до 1500 К. В качестве рабочего тела используются вещества, неразрушающие озоновый слой, например гелий, воздух и т.д. [3] Однако мощность, вырабатываемая машиной Вюлемье-Такониса, полностью расходуется на привод холодильной машины, что не позволяет использовать ее для получения полезной электрической энергии.The widespread use of vapor compression refrigeration machines for refrigeration systems. The disadvantage of such systems is that freons are used as the working medium of the refrigeration machine, which destroy the ozone layer of the atmosphere [1]
Also known are the decisions of the Government of the Russian Federation on the development of ozone-depleting technologies in the refrigeration industry [2]
The device of the Wulemier-Taconis machine is known, which is a mechanically closed system consisting of a refrigerating machine and an engine, the latter developing such power as is needed for the refrigerating machine. The cycle is carried out by supplying heat from an external source. The highest temperature of the cycle, depending on the type of heat source, can be in a wide range of values, for example, from 500 to 1500 K. As a working fluid, substances that do not deplete the ozone layer, such as helium, air, etc., are used. [3] However, the power generated by the Willem-Taconis machine is completely consumed by the drive of the refrigeration machine, which does not allow it to be used to produce useful electrical energy.

Известно устройство энергоустановок по повышению термодинамического потенциала отработавших сред дизельной энергоустановки. Сущность применяемого для этого способа заключается в окислении металла кислородом из состава двуокиси углерода (Co₂) при высокой температуре с выделением значительного количества теплоты, что позволяет получить дополнительную полезную работу в другом тепловом двигателе, например газовой турбине [4] Однако данные устройства не позволяют непосредственно получить теплоту низкого (холод) потенциала.A device is known for power plants to increase the thermodynamic potential of the exhaust environments of a diesel power plant. The essence of the method used for this is to oxidize the metal with oxygen from the composition of carbon dioxide (Co ₂ ) at high temperature with the release of a significant amount of heat, which allows you to get additional useful work in another heat engine, such as a gas turbine [4] However, these devices do not allow directly get the heat of low (cold) potential.

Известно устройство установки для комбинированного получения электроэнергии, тепла и холода, содержащей газовый двигатель, связанных с ним контуров систем теплоснабжения и холодоснабжения, оборудование для процесса газификации [5]
Недостатками данного изобретения являются невысокий КПД установки в целом, большое количество вспомогательного оборудования.A device is known for the combined production of electricity, heat and cold, containing a gas engine, associated circuits of heat supply and cold supply systems, equipment for the gasification process [5]
The disadvantages of this invention are the low efficiency of the installation as a whole, a large number of auxiliary equipment.

Технический результат изобретения возможность одновременного получения электрической энергии, тепла и холода, а также значительное снижение затрат материальных ресурсов для получения данного эффекта, применение технологий, не вызывающих разрушения озонового слоя атмосферы, и повышение КПД установки в целом. The technical result of the invention is the ability to simultaneously obtain electrical energy, heat and cold, as well as a significant reduction in the cost of material resources to obtain this effect, the use of technologies that do not cause destruction of the ozone layer of the atmosphere, and increase the efficiency of the installation as a whole.

Для достижения технического результата энерготеплохолодильная установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания замкнутого цикла, контуры систем теплоснабжения и холодоснабжения, снабжена тепловой механически замкнутой машиной Вюлемье-Такониса, состоящей из холодильной машины и двигателя, каждый из которых содержит блок теплообменных аппаратов, и связанной через нагреватель двигателя с газоходом двигателя внутреннего сгорания, через охладитель холодильной машины с контуром системы холодоснабжения, а через холодильники двигателя и холодильной машины с контуром системы теплоснабжения. To achieve a technical result, an energy heat-refrigerating unit containing a closed-loop internal combustion engine, heat supply and refrigeration supply circuits is equipped with a mechanically closed Wulemier-Taconis machine, consisting of a refrigeration machine and an engine, each of which contains a block of heat exchangers, and connected through an engine heater to gas duct of the internal combustion engine, through the cooler of the refrigeration machine with the circuit of the cooling system, and through the refrigerators spruce and refrigeration machine with a heating system circuit.

Введение в состав энерготеплохолодильной установки тепловой машины Вюлемье-Такониса позволяет получить новое свойство, заключающееся в использовании высокого потенциала отработанных газов для работы тепловой машины, с целью получения тепла и холода высокого потенциала. The introduction of the Wulmieu-Taconis heat engine into the energy heat and cooling installation allows us to obtain a new property, which consists in using the high potential of the exhaust gases to operate the heat engine, in order to obtain heat and cold of high potential.

На чертеже изображена энерготеплохолодильная установка. The drawing shows an energy heating installation.

Энерготеплохолодильная установка включает в себя контур двигателя замкнутого цикла 1, контур машины Вюлемье-Такониса 2, контур системы холодоснабжения 3 и контур системы теплоснабжения 4. The heat and cooling installation includes a closed-loop engine circuit 1, a circuit of a Willem-Taconis machine 2, a circuit of a cooling system 3, and a circuit of a heating system 4.

Контур двигателя замкнутого цикла 1 состоит из двигателя внутреннего сгорания 5, реактора 6, бункера с щелочноземельным металлом 7, накопителя твердых продуктов реакции 8, сепаратора 9, охладителя 10, смесителя 11, а также устройства для забора воздуха 12 и устройства для выпуска части отработанных газов в атмосферу 13. Контур 1 соединен с контуром машины Вюлемье-Такониса 2 через нагреватель 14, который с регенератором 15 и холодильником 16 составляет блок теплообменников линии двигателя машины Вюлемье-Такониса, а холодильник 17, регенератор 18 и охладитель 19 составляют линию холодильной машины Вюлемье-Такониса. Движение и порядок распределения рабочего тела внутри машины обеспечивается возвратно-поступательным движением поршневой группы 20. Для пуска машины предусмотрен электродвигатель 21, связанный с приводом машины (не показан). The closed-loop engine circuit 1 consists of an internal combustion engine 5, a reactor 6, a hopper with an alkaline earth metal 7, a solid reaction product accumulator 8, a separator 9, a cooler 10, a mixer 11, and also an air intake device 12 and a device for discharging part of the exhaust gases to atmosphere 13. Circuit 1 is connected to the circuit of the Wulemier-Taconis machine 2 through a heater 14, which, with the regenerator 15 and the refrigerator 16, makes up the heat exchanger block of the engine line of the Wulemier-Taconis machine, and the refrigerator 17, the regenerator 18 and cooling Itel 19 comprises the line of the Willemier-Taconis refrigeration machine. The movement and distribution of the working fluid inside the machine is provided by the reciprocating movement of the piston group 20. An electric motor 21 is provided for starting the machine, connected to the machine drive (not shown).

Контур холодоснабжения 3, в который входит система трубопроводов 22, потребитель холода 23, насос 24, соединен с машиной Вюлемье-Такониса через охладитель 19. Система теплоснабжения 4, состоящая из системы трубопроводов 25, потребителя тепла 26, насоса 27, соединена с контурами 1 и 2 через теплообменники 17, 16, 10. Запорно-регулирующая арматура 28, 29, 30, 31 позволяет производить регулирование температуры в контурах 3 и 4 и менять структуру подачи теплоносителей в зависимости от изменения тепловых нагрузок. The refrigeration supply circuit 3, which includes the piping system 22, the cold consumer 23, the pump 24, is connected to the Wulemier-Takonis machine through the cooler 19. The heat supply system 4, consisting of the piping system 25, the heat consumer 26, the pump 27, is connected to the circuits 1 and 2 through heat exchangers 17, 16, 10. Shut-off and control valves 28, 29, 30, 31 allow temperature control in circuits 3 and 4 and change the structure of the coolant supply depending on changes in heat loads.

Энерготеплохолодильная установка работает следующим образом. Energy thermal installation works as follows.

Отработавшие газы из двигателя внутреннего сгорания 5 поступает в реактор 6, куда из бункера 7 одновременно подается щелочноземельный металл, например магний. В реакторе 6 происходит обработка газов по реакции типа:
2 Mg + CO₂ + H₂O → 2 MgO + CO + H₂ + Q,
с выделением теплоты, которая используется для поддержания заданной температуры в зоне реакции (1000 1500 К) и повышения термодинамического потенциала газовой фазы. Более того, образовавшаяся в реакции смесь окиси углерода (CО) и водорода (H₂) представляет собой так называемый "синтез-газ", который может использоваться в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Твердые продукты реакции собираются в накопителе 8, а газообразные через сепаратор 9 поступают в нагреватель машины Вюлемье-Такониса 14, срабатывают часть термодинамического потенциала и после охладителя 10 поступают в смеситель 11, куда подается воздух из атмосферы через заборное устройство 12 для образования искусственной газовой смеси, поступающей затем в цилиндры двигателя внутреннего сгорания 5.The exhaust gases from the internal combustion engine 5 enter the reactor 6, where alkaline earth metal, for example magnesium, is simultaneously supplied from the hopper 7. In the reactor 6, the gas is processed by a reaction of the type:
2 Mg + CO ₂ + H ₂ O → 2 MgO + CO + H ₂ + Q,
with the release of heat, which is used to maintain a given temperature in the reaction zone (1000 1500 K) and increase the thermodynamic potential of the gas phase. Moreover, the mixture of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H ₂ ) formed in the reaction is the so-called "synthesis gas", which can be used as fuel for internal combustion engines. The solid reaction products are collected in the accumulator 8, and the gaseous ones, through the separator 9, enter the heater of the Wulemier-Taconis machine 14, a part of the thermodynamic potential is triggered, and after the cooler 10 they enter the mixer 11, where air is supplied from the atmosphere through the intake device 12 to form an artificial gas mixture, then entering the cylinders of the internal combustion engine 5.

Теплота высокого потенциала, переданная отработанными газами в нагревателе 14 рабочему телу машины Вюлемье-Такониса, для запуска которой используется электродвигатель 21, отключающийся при выходе машины на рабочий режим, преобразуется в возвратно-поступательное движение поршневой группы 20, обеспечивая совершение двойного термодинамического цикла машины цикла холодильной машины через теплообменники 17 19 и цикла двигателя через теплообменники 14 16, причем работа последнего имеет значение, необходимое для реализации холодильного цикла и получения полезной холодопроизводительности, снимаемой в охладителе 19, теплоносителем системы холодоснабжения 3. Данный охлажденный теплоноситель насосом 24 подает потребителю 23 и нагретый возвращается в охладитель 19, где передается тепло рабочему телу машины Вюлемье-Такониса. High-potential heat transferred by the exhaust gases in the heater 14 to the working fluid of the Wulemier-Taconis machine, for starting which an electric motor 21 is used, which is switched off when the machine enters the operating mode, is converted into reciprocating movement of the piston group 20, ensuring the completion of the double thermodynamic cycle of the refrigeration cycle machine machines through heat exchangers 17 19 and the engine cycle through heat exchangers 14 16, and the work of the latter is important for the implementation of the refrigeration cycle and Acquiring useful cooling capacity, withdrawn in the cooler 19, the coolant cooling system 3. This chilled coolant pump 24 delivers the consumer 23 and is returned to the heated cooler 19 where heat is transferred to the working-machine body Vyuleme Taconis.

Для получения высокотемпературного потенциала теплоносителя системы теплоснабжения 4 охлажденный теплоноситель после потребителя теплоты 26 насосом 27 подается в холодильники 17 и 16 машины Вюлемье-Такониса, и охладитель 10 контура 1, где охлаждает соответственно сначала рабочее тело машины Вюлемье-Такониса, а затем выходящие из нагревателя 14 отработанные газы двигателя внутреннего сгорания 5, при этом получает достаточно высокий термодинамический потенциал, необходимый потребителю 26. Запорно-регулирующая аппаратура 28 31 позволяет производить регулирование температуры в контурах 3 и 4 и менять структуру подачи теплоносителей в теплообменники установки в зависимости от тепловых нагрузок, обеспечивая оптимальный режим работы энерготеплохолодильной установки в целом. To obtain the high-temperature potential of the heat carrier of the heat supply system 4, the cooled heat carrier after the heat consumer 26 is pumped by pump 27 to the refrigerators 17 and 16 of the Wulemier-Taconis machine, and the cooler 10 of circuit 1, where it first cools the working fluid of the Wulemier-Taconis machine and then leaves the heater 14 the exhaust gases of the internal combustion engine 5, while receiving a sufficiently high thermodynamic potential required by the consumer 26. Shut-off and control equipment 28 31 allows to produce to regulate the temperature in circuits 3 and 4 and change the structure of the coolant supply to the heat exchangers of the installation depending on the heat loads, providing the optimal operation mode of the energy heat and cooling plant as a whole.

Источники информации. Sources of information.

1. Холодильные машины. Учебник для вузов /Под ред. И. А. Сакуна/ Л. Машиностроение, 1985, 510 с. 1. Refrigerators. Textbook for high schools / Ed. I.A. Sakuna / L. Mechanical Engineering, 1985, 510 p.

2. О мерах по обеспечению выполнения обязательства РФ по Венской конвенции об охране озонового слоя и Монреальскому протоколу по веществам, разрушающим озоновый слой. Постановление правительства РФ от 03.06.92, N 378. 2. On measures to ensure compliance with the obligations of the Russian Federation under the Vienna Convention for the Protection of the Ozone Layer and the Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer. Decree of the Government of the Russian Federation of 03.06.92, N 378.

3. Архипов А.М. Марфенина И.В. и Микулин Е.И. Теория и расчет криогенных систем. М. Машиностроение, 1978, с 305. 3. Arkhipov A.M. Marfenina I.V. and Mikulin E.I. Theory and calculation of cryogenic systems. M. Engineering, 1978, p. 305.

4. Дыбок В.В. и Савельев В.В. Нетрадиционные способы обеспечения работы дизелей объектов МО без связи с атмосферой. Тезисы научно-технической конференции "Научные и практические вопросы совершенствования теплоэнергоустановок малой мощности. С-Пб. ВИСИ, 1994, с. 86. 4. Dybok VV and Savelyev V.V. Unconventional ways to ensure the operation of diesel engines of MO without communication with the atmosphere. Abstracts of the scientific and technical conference "Scientific and practical issues of improving low-power thermal power plants. S-Pb. VISI, 1994, p. 86.

5. Заявка ФРГ на изобретение N 3609702, кл F 25 B 29/00, опублик. 1988, с.4 (прототип). 5. The application of Germany for the invention N 3609702, CL F 25 B 29/00, published. 1988, p. 4 (prototype).

Claims

An energy heat-refrigerating installation containing a closed-circuit internal combustion engine, heat supply and refrigeration supply circuits, characterized in that it is equipped with a heat mechanically closed Wulemier-Taconis machine, consisting of a refrigeration machine and an engine, each of which contains a block of heat exchangers, and connected through an engine heater to the gas duct of the internal combustion engine, through the cooler of the refrigeration machine with the circuit of the refrigeration supply system, and through the refrigerators of the engine and refrigeration machines with a heating system circuit.