RU2143652C1

RU2143652C1 - Thermal power plant

Info

Publication number: RU2143652C1
Application number: RU98104726A
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Гилин; С.В. Гилин
Original assignee: Гилин Виктор Федорович; Гилин Станислав Викторович
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 1999-12-27

Abstract

FIELD: thermal engineering. SUBSTANCE: direct and reverse Rankine cycle thermodynamic systems and heat energy load circuit are interconnected through recuperative heat exchanger. Reverse Rankine cycle system has vortex tube mounted at compressor outlet. Hot and cold ends of vortex tube are connected through recuperative heat exchangers with heat load circuit and with atmosphere, respectively. Heat load circuit may be made in the form of additional direct Rankine cycle thermodynamic system. Plant may be likewise provided with additional reverse Rankine cycle thermodynamic system. EFFECT: improved power efficiency, enlarged functional capabilities of plant. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано при генерировании тепловой, механической и хладоэнергии для нужд бытового и промышленного теплоснабжения/охлаждения, а также для привода механических средств, включая транспортные. The invention relates to the field of energy and can be used to generate thermal, mechanical and cold energy for the needs of domestic and industrial heat supply / cooling, as well as to drive mechanical means, including vehicles.

Известна тепловая энергетическая установка, включающая две термодинамические системы, связанные между собой по теплообмену рекуперативно, каждая из которых имеет свое рабочее тело и работающие совместно по так называемому бинарному циклу (см. , например, Нащокин В.В., Техническая термодинамика и теплопередача. М., Высшая школа, 1975, с. 281, рис. 19-16). A thermal power plant is known, which includes two thermodynamic systems connected regeneratively through heat exchange, each of which has its own working fluid and working together according to the so-called binary cycle (see, for example, V.V. Nashchokin, Technical Thermodynamics and Heat Transfer. M ., High School, 1975, p. 281, Fig. 19-16).

Недостатком известной тепловой энергетической установки является ограниченность ее использования, а также относительно низкая энергетическая эффективность. A disadvantage of the known thermal power plant is the limited use of it, as well as the relatively low energy efficiency.

Известна также тепловая энергетическая установка, включающая термодинамические системы, работающие по прямому и обратному циклам Ренкина, связанные между собой по теплообмену рекуперативно и по массопереносу рабочих тел турбокомпрессором, систему потребления тепловой энергии, имеющую рекуперативную связь с системами прямого и обратного термодинамических циклов Ренкина, а термодинамическая система, работающая по обратному циклу Ренкина, имеет рекуперативную связь с окружающей средой, (см. например, Рей Д., Макмайл Д., Тепловые насосы. М., Энергоиздат, 1982, с. 128, рис. 5.30). По технической сущности и достигаемому результату указанное техническое решение является наиболее близким объектом к заявляемому. A thermal power plant is also known, which includes thermodynamic systems operating on the direct and reverse Rankine cycles, interconnected regeneratively and mass transfer of the working fluid by a turbocompressor, a thermal energy consumption system that has a regenerative connection with systems of direct and reverse thermodynamic Rankine cycles, and thermodynamic a system operating according to the reverse Rankine cycle has a regenerative relationship with the environment (see, for example, Ray D., MacMile D., Heat pumps. ., Energoizdat, 1982, p. 128, fig. 5.30). According to the technical nature and the achieved result, the specified technical solution is the closest object to the claimed one.

Данная тепловая энергетическая установка является более эффективной при трансформации химической энергии топлива в тепловую, что связано с наличием в ней утилизационного узла, поглощающего тепловую энергию из окружающей среды. This thermal power plant is more effective in transforming the chemical energy of fuel into heat, which is associated with the presence in it of a recycling unit that absorbs thermal energy from the environment.

Однако эта тепловая энергетическая установка обладает недостаточно высокой энергетической эффективностью, а также не может быть использована для привода механических средств, включая транспортные, нужд охлаждения. However, this thermal power plant has not enough high energy efficiency, and also cannot be used to drive mechanical means, including vehicles, for cooling needs.

Целью изобретения является повышение энергетической эффективности и расширение области использования установки за счет привода механических средств, включая транспортные, возможности использования для нужд охлаждения. The aim of the invention is to increase energy efficiency and expand the field of use of the installation due to the drive of mechanical means, including vehicles, the possibility of use for cooling needs.

Указанная цель достигается тем, что известная тепловая энергетическая установка, включающая термодинамические системы, работающие по прямому и обратному циклам Ренкина, связанные между собой по теплообмену рекуперативно и по массопереносу рабочих тел турбокомпрессором, систему потребления тепловой энергии, имеющую рекуперативную связь с системами прямого и обратного термодинамических циклов Ренкина, а термодинамическая система, работающая по обратному циклу Ренкина, имеет рекуперативную связь с окружающей средой, энергетическая установка снабжена вихревой трубой, установленной на выходе из компрессорной части турбокомпрессора, "горячий" выход которой связан рекуперативно с системой потребления тепловой энергии, а термодинамическая система, работающая по обратному циклу Ренкина, имеет рекуперативную связь с окружающей средой через систему, запитываемую от "холодного" выхода вихревой трубы. This goal is achieved by the fact that the well-known thermal power plant, including thermodynamic systems that work on the direct and reverse Rankine cycles, are interconnected by heat exchange regeneratively and by mass transfer of working bodies by a turbocompressor, a thermal energy consumption system that has a regenerative connection with direct and reverse thermodynamic systems Rankine cycles, and a thermodynamic system operating on the reverse Rankine cycle has a regenerative relationship with the environment, energy the assembly is equipped with a vortex tube installed at the outlet of the compressor part of the turbocompressor, the “hot” outlet of which is connected regeneratively to the heat energy consumption system, and the thermodynamic system operating according to the reverse Rankine cycle has a regenerative connection with the environment through a system fed from the “cold” exit vortex tube.

Кроме того, система потребления тепловой энергии тепловой энергетической установки может быть выполнена в виде дополнительной термодинамической системы, работающей по прямому циклу Ренкина, испарительная часть которой является рекуперативной связью с основными термодинамическими системами, работающими по прямому и обратному циклам Ренкина, а ее тепловая машина может иметь механическую связь с внешним потребителем механической энергии. In addition, the thermal energy consumption system of a thermal power plant can be made in the form of an additional thermodynamic system operating according to the direct Rankine cycle, the evaporative part of which is a regenerative connection with the main thermodynamic systems operating according to the direct and reverse Rankine cycles, and its heat engine may have mechanical connection with an external consumer of mechanical energy.

Кроме того, тепловая энергетическая установка может быть снабжена дополнительной термодинамической системой, работающей по обратному циклу Ренкина, тепловая машина которой может иметь механическую связь с тепловой машиной дополнительной термодинамической системы, работающей по прямому циклу Ренкина, а ее конденсаторная часть может иметь рекуперативную связь с дополнительной термодинамической системой, работающей по прямому циклу Ренкина. In addition, the thermal power plant can be equipped with an additional thermodynamic system operating on the reverse Rankine cycle, the heat engine of which can be mechanically connected with the heat engine of the additional thermodynamic system operating on the direct Rankine cycle, and its condenser part can have a regenerative connection with the additional thermodynamic a system operating on a direct Rankine cycle.

Установка вихревой трубы на выходе из компрессорной части турбокомпрессора позволяет дросселировать рабочее тело, сжатое в компрессорной части турбокомпрессора, а также разделять поток расширенного рабочего тела на "горячий" и "холодный" и тем самым максимально эффективно использовать энергию сжатого потока. The installation of a vortex tube at the outlet of the compressor part of the turbocompressor allows you to throttle the working fluid compressed in the compressor part of the turbocompressor, as well as to divide the flow of the expanded working fluid into "hot" and "cold" and thereby use the energy of the compressed stream as efficiently as possible.

Установка "горячего" выхода вихревой трубы рекуперативно с системой потребления тепловой энергии позволяет передавать тепловую энергию потока воздуха "горячего" выхода вихревой трубы в систему потребления. The installation of a “hot” vortex tube exit recuperatively with a heat energy consumption system allows the heat energy of the vortex tube “hot” exit air to be transferred to the consumption system.

Установка "холодного" выхода вихревой трубы для запитывания термодинамической системы, работающей по обратному циклу Ренкина и имеющей рекуперативную связь с окружающей средой, позволяет использовать окружающую среду в виде источника тепловой энергии. Тем самым повышается коэффициент преобразования тепловой энергетической установки, работающей в данном цикле как тепловой насос. The installation of a “cold” vortex tube outlet for feeding a thermodynamic system operating according to the reverse Rankine cycle and having a regenerative connection with the environment allows the environment to be used as a source of thermal energy. Thereby, the conversion coefficient of a thermal power plant operating in a given cycle as a heat pump is increased.

Выполнение системы потребления тепловой энергии в виде дополнительной термодинамической системы, работающей по прямому циклу Ренкина, испарительная часть которой является рекуперативной связью с основными термодинамическими системами, работающими по прямому и обратному циклам Ренкина, а ее тепловая машина имеет механическую связь с внешним потребителем механической энергии, позволяет с помощью тепловой машины преобразовывать тепловую энергию в механическую, а с помощью механической связи передавать ее внешнему потребителю. The implementation of the thermal energy consumption system in the form of an additional thermodynamic system operating on the direct Rankine cycle, the evaporative part of which is a regenerative connection with the main thermodynamic systems working on the direct and reverse Rankine cycles, and its heat engine has a mechanical connection with an external consumer of mechanical energy, allows with the help of a thermal machine, convert thermal energy into mechanical energy, and with the help of mechanical communication transfer it to an external consumer.

Снабжение тепловой энергетической установки дополнительной термодинамической системой, работающей по обратному циклу Ренкина, тепловая машина которой имеет механическую связь с тепловой машиной дополнительной термодинамической системы, работающей по прямому циклу Ренкина, а ее конденсаторная часть имеет рекуперативную связь с основной термодинамической системой, работающей по прямому циклу Ренкина, позволяет организовать высокоэффективное получение холода. Supply of a thermal power plant with an additional thermodynamic system operating on the reverse Rankine cycle, the heat engine of which has a mechanical connection with the heat engine of the additional thermodynamic system working on a direct Rankine cycle, and its condenser part has a regenerative connection with the main thermodynamic system working on a direct Rankine cycle , allows you to organize highly effective getting cold.

Таким образом, отличительные особенности предлагаемого технического решения позволяют обеспечить достижение поставленной цели, то есть повышение энергетической эффективности и расширение области использования установки за счет привода механических средств, включая транспортные возможности использования для нужд охлаждения. Thus, the distinctive features of the proposed technical solution make it possible to achieve the goal, that is, to increase energy efficiency and expand the scope of use of the installation due to the drive of mechanical means, including transport possibilities of use for cooling needs.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где:
фиг. 1 - принципиальная схема варианта тепловой энергетической установки, работающей от котлоагрегата, по п. 1 формулы изобретения,
фиг. 2 - принципиальная схема варианта тепловой энергетической установки, работающей от солнечной энергии, по п. 1 формулы изобретения;
фиг. 3 - принципиальная схема варианта тепловой энергетической установки, работающей от солнечной энергии, по п. 2 формулы изобретения;
фиг. 4 - принципиальная схема варианта тепловой энергетической установки, работающей от солнечной энергии для нужд охлаждения, по пп. 1, 2, 3 формулы изобретения.The claimed technical solution is illustrated by drawings, where:
FIG. 1 is a schematic diagram of a variant of a thermal power plant operating from a boiler unit according to claim 1,
FIG. 2 is a schematic diagram of an embodiment of a thermal power plant powered by solar energy according to claim 1;
FIG. 3 is a schematic diagram of an embodiment of a thermal power plant powered by solar energy according to claim 2;
FIG. 4 is a schematic diagram of a variant of a thermal power plant operating from solar energy for cooling needs, according to paragraphs. 1, 2, 3 claims.

Тепловая энергетическая установка включает термодинамические системы, работающие по прямому 1 и обратному 2 циклам Ренкина, связанные между собой по теплообмену рекуперативно теплообменником 3 и по массопереносу рабочих тел турбокомпрессором 4, состоящим из турбинной 5 и компрессорной 6 частей, систему потребления тепловой энергии 7, имеющую рекуперативную связь теплообменниками 8, 9, 10 с термодинамическими системами прямого 1 и обратного 2 циклов Ренкина (см. фиг. 1). Термодинамическая система 2, работающая по обратному циклу Ренкина, имеет рекуперативную связь теплообменником 11 с окружающей средой 12. В заявляемом варианте тепловая энергетическая установка снабжена вихревой трубой 13, установленной на выходе из компрессорной части 6 турбокомпрессора 4, "горячий" выход 14 которой связан рекуперативно теплообменником 10 с системой потребления тепловой энергии 7. Рекуперативная связь теплообменником 11 с окружающей средой 12 осуществляется через систему, запитываемую от "холодного" выхода 15 вихревой трубы 13. При этом энергетическое замыкание системы потребления тепловой энергии 7 происходит на потребителя тепла 16. Трансформация химической энергии топлива 17 в тепловую осуществляется котлоагрегате 18, в который подаются в определенном соотношении топливо 17 и воздух 19, прошедшие предварительный рекуперативный подогрев в теплообменнике 20. Через теплообменники 21 и 22 отходящие топочные газы 23 котлоагрегата 18 отдают остаточное тепло рабочим телам термодинамических систем 1 и 2 соответственно, после чего рассеиваются в атмосферном воздухе. Циркуляция рабочих тел в термодинамических системах 1, 2 и в системе потребления тепловой энергии 7 осуществляется соответственно насосом 24, компрессором 6 и насосом 25 через ресиверы 26, 27, 28. В варианте использования солнечной энергии подвод энергии осуществляется через систему солнечных коллекторов 29 (см. фиг. 2, 3, 4), где энергия солнечного излучения 30 преобразуется в тепловую. Возможен также комбинированный вариант, при котором система солнечных коллекторов 29 находится в последовательной связи с котлоагрегатом 18 (на рисунках не показан). A thermal power plant includes thermodynamic systems operating in direct 1 and inverse 2 Rankine cycles, interconnected by heat exchange by a regenerative heat exchanger 3 and by mass transfer of working bodies by a turbocompressor 4, consisting of turbine 5 and compressor 6 parts, a heat energy consumption system 7 having a regenerative the connection of heat exchangers 8, 9, 10 with thermodynamic systems of direct 1 and reverse 2 Rankine cycles (see Fig. 1). The thermodynamic system 2 operating on the reverse Rankine cycle has a regenerative connection between the heat exchanger 11 and the environment 12. In the claimed embodiment, the thermal power plant is equipped with a vortex tube 13 installed at the outlet of the compressor part 6 of the turbocompressor 4, the “hot” output 14 of which is connected regeneratively by the heat exchanger 10 with the heat energy consumption system 7. The regenerative connection of the heat exchanger 11 with the environment 12 is carried out through a system that is fed from the “cold” outlet 15 of the vortex tube 13. In this case, the energy short circuit of the heat energy consumption system 7 occurs to the heat consumer 16. The chemical energy of the fuel 17 is converted into heat by the boiler unit 18, into which the fuel 17 and air 19, which have undergone preliminary regenerative heating in the heat exchanger 20, are fed through heat exchangers 21 and 22 flue gases 23 of the boiler unit 18 give off residual heat to the working fluid of thermodynamic systems 1 and 2, respectively, after which they are scattered in the atmospheric air. The circulation of working fluids in thermodynamic systems 1, 2 and in the heat energy consumption system 7 is carried out by pump 24, compressor 6, and pump 25, respectively, through receivers 26, 27, 28. In a variant of using solar energy, energy is supplied through a system of solar collectors 29 (see Fig. 2, 3, 4), where the energy of solar radiation 30 is converted into heat. A combined variant is also possible in which the system of solar collectors 29 is in series with the boiler unit 18 (not shown in the figures).

Тепловая энергетическая установка по п. 2 формулы изобретения включает в себя систему потребления тепловой энергии 7, выполненную в виде дополнительной термодинамической системы, работающей по прямому циклу Ренкина, испарительная часть 31 которой является рекуперативной связью посредством теплообменников 8, 9, 10, 32 с основными термодинамическими системами 1 и 2, работающими соответственно по прямому и обратному циклам Ренкина, а ее тепловая машина 33 имеет механическую связь 34 с внешним потребителем механической энергии 35 (см. фиг. 3). Дополнительная термодинамическая система 7, работающая по прямому циклу Ренкина, содержит также последовательно установленные после тепловой машины 33 конденсатор 36 и жидкостной ресивер 37. Конденсатор 36 охлаждается теплом вихревой трубы 13, отходящим от ее "холодного" выхода 15. The thermal power plant according to claim 2 of the claims includes a thermal energy consumption system 7 made in the form of an additional thermodynamic system operating according to the direct Rankine cycle, the evaporation part of which 31 is a regenerative connection through heat exchangers 8, 9, 10, 32 with the main thermodynamic systems 1 and 2, operating respectively on the direct and reverse Rankine cycles, and its heat engine 33 has a mechanical connection 34 with an external consumer of mechanical energy 35 (see Fig. 3). The additional thermodynamic system 7, operating according to the direct Rankine cycle, also contains a condenser 36 and a liquid receiver 37 sequentially installed after the heat engine 33. The condenser 36 is cooled by the heat of the vortex tube 13, departing from its “cold” outlet 15.

Тепловая энергетическая установка по п. 3 формулы изобретения включает в себя дополнительную термодинамическую систему 38, работающую по обратному циклу Ренкина, тепловая машина 39 которой имеет механическую связь 40 с тепловой машиной 33 дополнительной термодинамической системы 7, а ее конденсаторная часть 41 имеет рекуперативную связь теплообменником 42 с дополнительной термодинамической системой 7, работающей по прямому циклу Ренкина, и теплообменником 43 с термодинамической системой 2, работающей по обратному циклу Ренкина (см. фиг. 4). Энергетическое замыкание термодинамической системы 38 происходит на потребителя холода 44 с использованием дроссельного клапана 45 и двух ресиверов: жидкостного 46 и газового 47. В качестве рабочих тел могут быть приняты для термодинамических систем 1 и 7 вода, для термодинамических систем 2 и 38 - фреон или воздух. The thermal power plant according to claim 3 of the claims includes an additional thermodynamic system 38 operating in the reverse Rankine cycle, the heat engine 39 of which has a mechanical connection 40 with the heat engine 33 of the additional thermodynamic system 7, and its condenser part 41 has a regenerative connection with the heat exchanger 42 with an additional thermodynamic system 7 operating on a direct Rankine cycle, and a heat exchanger 43 with a thermodynamic system 2 operating on a reverse Rankine cycle (see Fig. 4). The thermodynamic system 38 is energized to the consumer 44 using the butterfly valve 45 and two receivers: liquid 46 and gas 47. Water can be used as working fluid for thermodynamic systems 1 and 7, freon or air for thermodynamic systems 2 and 38 .

Тепловая энергетическая установка работает следующим образом. Воздух 19 и топливо 17 (например, природный газ) предварительно подогревают в теплообменнике 20 с отбором тепла от термодинамической системы 2 и подают в котлоагрегат 18, где химическая энергия топлива 17 трансформируется в тепловую (см. фиг. 1). Полученная тепловая энергия превращает воду (рабочее тело) термодинамической системы 1 в пар, который совершает работу в турбинной части 5 турбокомпрессора 4. Покинув турбокомпрессор 4, рабочее тело охлаждается в теплообменниках 9 и 3 до жидкого состояния и собирается в ресивере 26. Из ресивера 26 рабочее тело насосом 24 подается в котлоагрегат 18 через теплообменника 21, где предварительно нагревается теплом отходящих топочных газов 23, замыкая тем самым прямой термодинамический цикл Ренкина. При этом управление термодинамической системой 1 осуществляется подачей количества топлива 19 в функции давления пара на выходе из котолоагрегата 18 (система управления условно не показана). Энергия, подведенная к турбинной части 5 термодинамической системы 1 сжимает рабочее тело термодинамической системы 2 в компрессорной части 6. В дальнейшем рабочее тело охлаждается в теплообменнике 8, отдавая тепловую энергию в систему потребления тепловой энергии 7. В случае, если рабочим телом термодинамической системы 2 является фреон, то, охлаждаясь в теплообменнике 8, он сжижается и собирается в ресивере 28. Если же рабочим телом является воздух, то сжижение не происходит и ресивер 28 может быть исключен. Из ресивера 28 рабочее тело поступает в вихревую трубу 13, где происходит его расширение и полученный таким образом газовый поток разделяется на два: "горячий" 14 и "холодный" 15. "Горячий" поток 14 рабочего тела последовательно охлаждается в теплообменниках 10 и 20 и попадает в ресивер 26. "Холодный" поток 15 рабочего тела поступает в теплообменники 11, 3, 22, где последовательно нагревается теплом окружающей среды 12, теплом отработанного пара термодинамической системы 1, теплом отходящих газов котлоагрегата 18 и накапливается в ресивере 27, замыкая тем самым обратный термодинамический цикл Ренкина. При этом управление термодинамической системой 2 осуществляется величиной расхода рабочего тела из ресивера 28 на вихревую трубу 13 регулирующим вентилем в функции количества потребляемой тепловой энергии от термодатчика, расположенного непосредственно у потребителя 16 (система управления условно не показана). Таким образом, рабочее тело системы потребления тепловой энергии 7, получив тепловые импульсы от теплообменников 8, 9, 10 и перемещаясь по системе с помощью насоса 25, осуществляет тем самым отдачу тепла потребителю тепловой энергии 16. Thermal power plant operates as follows. Air 19 and fuel 17 (for example, natural gas) are preheated in a heat exchanger 20 with heat from the thermodynamic system 2 and fed to a boiler unit 18, where the chemical energy of the fuel 17 is transformed into heat (see Fig. 1). The obtained thermal energy turns the water (working fluid) of the thermodynamic system 1 into steam, which performs work in the turbine part 5 of the turbocompressor 4. After leaving the turbocharger 4, the working fluid is cooled in heat exchangers 9 and 3 to a liquid state and collected in the receiver 26. From the receiver 26, the working the body is pumped to the boiler unit 18 through the heat exchanger 21, where it is preheated by the heat of the exhaust flue gases 23, thereby closing the Rankine direct thermodynamic cycle. In this case, the thermodynamic system 1 is controlled by supplying the amount of fuel 19 as a function of steam pressure at the outlet of the boiler unit 18 (the control system is not shown conditionally). The energy supplied to the turbine part 5 of the thermodynamic system 1 compresses the working fluid of the thermodynamic system 2 in the compressor part 6. Subsequently, the working fluid is cooled in the heat exchanger 8, transferring thermal energy to the heat energy consumption system 7. If the working fluid of the thermodynamic system 2 is Freon, then, being cooled in the heat exchanger 8, it is liquefied and collected in the receiver 28. If the working fluid is air, then liquefaction does not occur and the receiver 28 can be excluded. From the receiver 28, the working fluid enters the vortex tube 13, where it expands and the gas stream thus obtained is divided into two: “hot” 14 and “cold” 15. The “hot” stream 14 of the working fluid is successively cooled in heat exchangers 10 and 20 and enters the receiver 26. The “cold” stream 15 of the working fluid enters the heat exchangers 11, 3, 22, where it is successively heated by the heat of the environment 12, the heat of the exhaust steam of the thermodynamic system 1, the heat of the exhaust gases of the boiler unit 18 and accumulates in the receiver 27, thus closing th reverse Rankine thermodynamic cycle. In this case, the control of the thermodynamic system 2 is carried out by the flow rate of the working fluid from the receiver 28 to the vortex tube 13 by a control valve as a function of the amount of consumed thermal energy from the temperature sensor located directly at the consumer 16 (the control system is not shown conditionally). Thus, the working fluid of the thermal energy consumption system 7, having received thermal pulses from heat exchangers 8, 9, 10 and moving through the system using pump 25, thereby transfers heat to the thermal energy consumer 16.

В варианте использования в качестве источника тепловой энергии системы солнечных коллекторов 29 в тепловой энергетической установке теплообменники 20, 21 и 22 исключаются (см. фиг. 2). Работа термодинамических систем 1, 2 и системы потребления тепловой энергии 7 данной тепловой энергетической установки осуществляется аналогично работе соответствующих им термодинамических систем 1, 2 и системы потребления тепловой энергии 7 тепловой энергетической установкой в варианте использования котлоагрегата 18 (базовый вариант). In an embodiment using a system of solar collectors 29 as a source of thermal energy in a thermal power plant, heat exchangers 20, 21 and 22 are excluded (see Fig. 2). The work of thermodynamic systems 1, 2 and the system of heat energy consumption 7 of this thermal power plant is carried out similarly to the work of the corresponding thermodynamic systems 1, 2 and system of heat energy consumption 7 of the thermal power plant in the use case of boiler unit 18 (basic version).

При работе тепловой энергетической установки на внешнего потребителя механической энергии 35 система потребления тепловой энергии приобретает вид термодинамической системы, работающей по прямому циклу Ренкина, то есть парообразное рабочее тело поступает на тепловую машину 33, расширяясь и отдавая свою внутреннюю энергию через механическую связь 34 внешнему потребителю механической энергии 35 (см. фиг. 3). Далее парообразное рабочее тело конденсируется в конденсаторе 36 и от ресивера 37 насосом 25 прокачивается через испарительные части теплообменников 8, 9, 10, 32. Управление тепловой энергетической установкой в этом случае может происходить в функции частоты вращения вала механической связи 34 либо по величине генерируемой мощности сообщаемой внешнему потребителю механической энергии 35, что достигается величиной соответствующего пропуска парообразного рабочего тела через тепловую машину 33 особым регулирующим устройством (на чертеже условно не показан). When a thermal power plant is operating on an external consumer of mechanical energy 35, the thermal energy consumption system takes the form of a thermodynamic system operating according to the direct Rankine cycle, that is, the vaporous working fluid enters the heat engine 33, expanding and giving its internal energy through mechanical connection 34 to the external consumer mechanical energy 35 (see Fig. 3). Then, the vaporous working fluid is condensed in the condenser 36 and pumped from the receiver 37 by the pump 25 through the evaporating parts of the heat exchangers 8, 9, 10, 32. In this case, the thermal power plant can be controlled as a function of the frequency of rotation of the mechanical coupling shaft 34 or in terms of the generated generated power to the external consumer of mechanical energy 35, which is achieved by the value of the corresponding pass of the vaporous working fluid through the heat engine 33 by a special control device (in the drawing about not shown).

При работе тепловой энергетической установки на потребителя холода 44 термодинамическая система 38 обеспечивает прокачку рабочего тела через тепловую машину 39 (приводимую от тепловой машины 33) с последующей передачей образовавшегося тепла системе потребления тепловой энергии 7 посредством теплообменника 42 и термодинамической системе 2 посредством теплообменника 43. В случае, если рабочим телом термодинамической системы 38 является фреон, то, охлаждаясь в теплообменниках 42 и 43, фреон сжижается и собирается в ресивере 46. Если же рабочим телом является воздух, то сжижение не происходит и ресивер 46 может быть исключен. В последствии рабочее тело, расширяясь за дроссельным клапаном 45, испаряется в испарителе потребителя холода 44, отнимая у него соответствующее количество тепла. Отработав, парообразное рабочее тело собирается в газовом ресивере 47. Управление тепловой энергетической установкой в этом случае осуществляется по параметру температуры, требуемой для удовлетворения нужд потребителя 44, путем регулирования дроссельным клапаном 45. Изменение же величины прокачки рабочего тела через систему 38 неизменно вызывает адекватное изменение энергопотоков в термодинамических системах 1, 2 и системе потребления тепловой энергии 7 с последовательным изменением положений их регулирующих органов вплоть до количественного изменения потоков подводимого топлива 19. Что касается солнечного излучения, то оно может быть принято максимально возможным (исходя из понятия беззатратного энерговосприятия), а излишки холодоэнергии могут накапливаться в отдельном накопителе (условно не показан) либо сбрасываться в окружающую среду, например в атмосферный воздух. When the thermal power plant is operating for the cold consumer 44, the thermodynamic system 38 provides a pumping of the working fluid through the heat engine 39 (driven by the heat engine 33) with subsequent transfer of the generated heat to the heat energy consumption system 7 through the heat exchanger 42 and thermodynamic system 2 through the heat exchanger 43. In the case of , if the working fluid of the thermodynamic system 38 is freon, then, cooling in the heat exchangers 42 and 43, the freon is liquefied and collected in the receiver 46. If the working fluid m is air, then liquefaction does not occur and receiver 46 can be excluded. Subsequently, the working fluid, expanding behind the throttle valve 45, evaporates in the evaporator of the cold consumer 44, taking away the corresponding amount of heat. Having worked out, the vaporous working fluid is collected in the gas receiver 47. In this case, the thermal power plant is controlled by the temperature parameter required to satisfy the needs of the consumer 44 by adjusting the throttle valve 45. Changing the pumping volume of the working fluid through system 38 invariably causes an adequate change in energy flows in thermodynamic systems 1, 2 and thermal energy consumption system 7 with a sequential change in the positions of their regulatory bodies up to the quantities changes in the flow of supplied fuel 19. With regard to solar radiation, it can be taken as possible as possible (based on the concept of cost-free energy perception), and excess cold energy can be accumulated in a separate storage device (not shown conditionally) or discharged into the environment, for example into atmospheric air .

Использование предложенной энергетической установки позволяет генерировать тепловую энергию с условием повышения коэффициента преобразования на 30-50%, а также расширить область ее использования за счет применения в качестве привода механических средств, включая транспортные. При этом достигается эффективность генерирования механической энергии на 60-80% выше, а хладоэнергии для нужд бытового и промышленного охлаждения на 80-100% выше, чем у существующих аналогов. Using the proposed power plant allows you to generate thermal energy with the condition of increasing the conversion coefficient by 30-50%, and also expand the scope of its use through the use of mechanical means as a drive, including vehicles. At the same time, the efficiency of generating mechanical energy is 60-80% higher, and the cold energy for domestic and industrial cooling needs is 80-100% higher than that of existing analogues.

Claims

1. Thermal power plant, including thermodynamic systems operating on the direct and reverse Rankine cycles, interconnected regeneratively and mass transfer of the working fluid by a turbocompressor, a heat energy consumption system that has a regenerative connection with systems of direct and reverse thermodynamic Rankine cycles, and thermodynamic a system operating according to the reverse Rankine cycle has a regenerative connection with the environment, characterized in that the thermal power plant is equipped with It is connected by a vortex tube installed at the outlet of the compressor part of the turbocompressor, the “hot” output of which is connected regeneratively to the heat energy consumption system, and the thermodynamic system operating according to the reverse Rankine cycle has a regenerative connection with the environment through a system fed from the “cold” outlet vortex tube.

2. Thermal power plant according to claim 1, characterized in that the heat energy consumption system is made in the form of an additional thermodynamic system operating according to the direct Rankine cycle, the evaporative part of which is a regenerative connection with the main thermodynamic systems operating according to the direct and reverse Rankine cycles, and its heat engine has a mechanical connection with an external consumer of mechanical energy.

3. Thermal power plant according to claims 1 and 2, characterized in that it is equipped with an additional thermodynamic system operating according to the reverse Rankine cycle, the heat engine of which has a mechanical connection with the heat engine of the additional thermodynamic system operating according to the direct Rankine cycle, and its condenser the part has a regenerative connection with an additional thermodynamic system operating according to the direct Rankine cycle.