RU2159397C1

RU2159397C1 - Self-contained thermorefrigerating unit

Info

Publication number: RU2159397C1
Application number: RU99110848A
Authority: RU
Inventors: Н.Г. Кириллов; А.Н. Кириллов
Original assignee: Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского
Priority date: 1999-05-19
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 2000-11-20

Abstract

FIELD: heat-power engineering, air-conditioning systems, cold supply systems, gas regenerative machines working by reverse Stirling cycle. SUBSTANCE: proposed unit is provided with cooling system for cooling the refrigerating machine placed in operation by means of electric motor; this cooling system connects the cooler of refrigerating machine with load heat exchanger of thermal pump. Due to delivery of external energy from electric motor, heat of cooling liquid of cooling system is transferred to heat-transfer agent of external heat supply system flowing through cooler of thermal pump, thus raising its temperature. Temperature of cooling liquid gets equalized in intermediate reservoir to surrounding temperature due to heat exchange with surrounding medium. To this end, intermediate reservoir is provided with finned inner and outer surfaces, perforated upper cover and spraying injector. Cooling liquid is returned from reservoir to cooler for cooling the refrigerating machine by means of pump. EFFECT: enhanced efficiency of thermal pump and plant as a whose. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики, кондиционирования воздуха, холодоснабжения и газовых регенеративных машин, работающих по обратному циклу Стирлинга, предназначено в качестве автономных термохолодильных установок для стационарных и передвижных объектов при одновременном производстве холода и тепла. The invention relates to the field of power engineering, air conditioning, refrigeration and gas regenerative machines operating on the reverse Stirling cycle, is intended as stand-alone thermo-refrigeration units for stationary and mobile facilities while producing cold and heat.

Известны децентрализованные системы теплоснабжения с тепловыми насосами, работающими по обратному циклу Стирлинга, отличающиеся наиболее высокой эффективностью и экологической чистотой, так как в качестве рабочего тела теплового насоса используются озононеразрушающие вещества - гелий, водород, воздух и т.д. (Кириллов Н.Г., Сударь Ю.М. и др. Децентрализованные системы теплоснабжения с тепловыми насосами, работающими по обратному циклу Стирлинга. /Информационный бюллетень: "Теплоэнергетические технологии"/, N 1, СПб. , 1997, стр. 38-40). Однако, для уменьшения подводимой электрической энергии для привода теплового насоса желательно использовать в качестве источника низкопотенциальной теплоты рабочую среду с максимально высокой температурой. Decentralized heat supply systems with heat pumps operating on the reverse Stirling cycle are known, which are characterized by the highest efficiency and environmental friendliness, since ozone-depleting substances such as helium, hydrogen, air, etc. are used as the working fluid of the heat pump. (Kirillov N.G., Sudar Yu.M. et al. Decentralized heat supply systems with heat pumps operating according to the reverse Stirling cycle. / Newsletter: "Thermal Power Technologies" /, N 1, St. Petersburg, 1997, p. 38- 40). However, to reduce the supplied electric energy for driving the heat pump, it is desirable to use a working medium with the highest possible temperature as a source of low potential heat.

Известно устройство машины, работающей по обратному циклу Стирлинга, содержащей полости сжатия и расширения, картер, регенератор, теплообменник нагрузки, холодильник, вытеснитель, рабочий поршень с уплотнением штока вытеснителя, привод (Патент России N 2079069, Бюл. N 13 от 10.05.97). A device is known that operates on the reverse Stirling cycle, containing compression and expansion cavities, a crankcase, a regenerator, a load heat exchanger, a refrigerator, a displacer, a working piston with a displacer rod seal, a drive (Russian Patent N 2079069, Bull. N 13 from 05/10/97) .

Известны традиционные схемы систем рефрижерации автономных объектов, включающие в себя парокомпрессионную холодильную машину, систему охлаждения холодильной машины. Для охлаждения холодильных машин в конденсатор подается внешняя среда, в качестве которой может применяться воздух окружающей среды, вода из системы оборотного водоснабжения, охлажденная в градирне, или, например, забортная вода (Захаров Ю.В. Судовые установки кондиционирования воздуха и холодильные машины. Л. , "Судостроение", 1979, стр. 20). Однако, в данных случаях происходит безвозвратная потеря низкопотенциальной теплоты и ее рассеивание в окружающую среду, а использование парокомпрессионных холодильных машин приводит к разрушению озонового слоя атмосферы. Known traditional schemes of refrigeration systems of autonomous objects, including a vapor compression refrigeration machine, a cooling system of a refrigeration machine. To cool the chillers, an external medium is supplied to the condenser, which can be used as ambient air, water from the circulating water supply system, cooled in a cooling tower, or, for example, sea water (Zakharov Yu.V. Shipboard air conditioning units and chillers. L ., "Shipbuilding", 1979, p. 20). However, in these cases there is an irretrievable loss of low-grade heat and its dissipation into the environment, and the use of vapor compression refrigeration machines leads to the destruction of the ozone layer of the atmosphere.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении КПД теплового насоса и установки в целом, одновременном получении холода и высокопотенциального тепла, а также снижении негативного воздействия на окружающую среду. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to increase the efficiency of the heat pump and the installation as a whole, while simultaneously receiving cold and high potential heat, as well as reducing the negative impact on the environment.

Для достижения этого технического результата автономный термохолодильный блок, включающий в себя холодильную машину, выполненную в виде машины Стирлинга с приводом, работающей по обратному циклу, и систему охлаждения холодильной машины, снабжен работающим по обратному циклу Стирлинга тепловым насосом с приводом и системой охлаждения холодильной машины, проходящей через холодильник холодильной машины и теплообменник нагрузки теплового насоса и включающей промежуточную емкость, выполненную с внутренним и внешним оребрением поверхности, перфорированной верхней крышкой и разбрызгивающей форсункой в газообразной части емкости, и циркуляционный насос, обеспечивающий движение охлаждающей жидкости холодильной машины из холодильника холодильной машины в теплообменник нагрузки теплового насоса, затем в промежуточную емкость и из нее вновь в холодильник холодильной машины, причем привод холодильной машины и привод теплового насоса выполнены в виде разных электродвигателей. To achieve this technical result, an autonomous thermo-refrigeration unit including a refrigeration machine made in the form of a Stirling machine with a reverse-cycle drive and a cooling system of a refrigeration machine, is equipped with a heat pump operating on a reverse Stirling cycle with a drive and a cooling system of the refrigeration machine, passing through the refrigerator of the refrigerating machine and the heat exchanger load of the heat pump and including an intermediate tank made with internal and external fins surface a tee, a perforated top cover and a spray nozzle in the gaseous part of the tank, and a circulation pump that provides movement of the coolant of the chiller from the chiller of the chiller to the heat exchanger of the heat pump, then into the intermediate tank and out of it again into the chiller of the chiller, and the chiller’s drive and the heat pump drive are made in the form of different electric motors.

Введение в состав автономного термохолодильного блока холодильной машины Стирлинга и теплового насоса Стирлинга, связанного с холодильной машиной через систему охлаждения холодильной машины, содержащей промежуточную емкость с оребренными внутренними и внешними поверхностями, перфорированной верхней крышкой и разбрызгивающей форсункой в газообразной части емкости, позволяет получить новое свойство, заключающееся в использовании низкопотенциального тепла охлаждающей жидкости холодильной машины для повышения КПД (коэффициента теплопреобразования) теплового насоса, выраженного в снижении потребляемой электрической мощности, и выработке высокотемпературной тепловой энергии, а также использование окружающей среды для охлаждения охлаждающей жидкости после теплового насоса до температуры окружающей среды за счет особенности устройства промежуточной емкости, при этом применение холодильной машины и теплового насоса, работающих по обратному циклу Стирлинга, с озононеразрушающим рабочим телом снижает негативное влияние на окружающую среду. The introduction of a self-contained thermo-refrigerating unit of a Stirling chiller and a Stirling heat pump connected to the chiller through a chiller machine cooling system containing an intermediate tank with finned internal and external surfaces, a perforated top cover and a spray nozzle in the gaseous part of the tank, allows to obtain a new property, consisting in the use of low-grade heat of the coolant of the refrigeration machine to increase efficiency (heat lobreobrazovaniya) of the heat pump, expressed in reducing the consumed electric power, and the generation of high-temperature heat energy, as well as the use of the environment for cooling the coolant after the heat pump to ambient temperature due to the features of the device of the intermediate capacity, while the use of a refrigerating machine and heat pump working on the reverse Stirling cycle, with an ozone-depleting working fluid, reduces the negative impact on the environment.

На чертеже изображен автономный термохолодильный блок. The drawing shows a stand-alone thermo-refrigeration unit.

Автономный термохолодильный блок включает в себя холодильную машину Стирлинга 1 с теплообменником нагрузки 2, холодильником 3 и электродвигателем 4, тепловой насос Стирлинга 5 с теплообменником нагрузки 7, холодильником 6 и электродвигателем 8, системы охлаждения 9 холодильной машины 1, проходящей через холодильник 3 и теплообменник нагрузки 7, и включающую в себя промежуточную емкость с оребренными внутренними и внешними поверхностями 11, перфорированной верхней крышкой 12 и разбрызгивающей форсункой 13 в газообразной части емкости 10, а также циркуляционный насос 14. Теплообменник нагрузки 2 холодильной машины 1 и холодильник 6 теплового насоса 5 связан с внешними системами холодо- и теплоснабжения соответственно магистралями 16 и 15. A stand-alone thermo-refrigeration unit includes a Stirling machine 1 with a load heat exchanger 2, a refrigerator 3 and an electric motor 4, a Stirling heat pump 5 with a load heat exchanger 7, a refrigerator 6 and an electric motor 8, a cooling system 9 of the refrigeration machine 1 passing through the refrigerator 3 and a load heat exchanger 7, and including an intermediate container with finned inner and outer surfaces 11, a perforated top cover 12 and a spray nozzle 13 in the gaseous part of the container 10, and circulation pump 14. The heat exchanger load 2 of the refrigeration machine 1 and the refrigerator 6 of the heat pump 5 is connected to external cold and heat supply systems, respectively, lines 16 and 15.

Автономный термохолодильный блок работает следующим образом. Autonomous thermo-refrigeration unit operates as follows.

Для охлаждения холодильной машины 1, приводимой в работу электродвигателем 4, предусмотрена система охлаждения 9, по которой, приняв теплоту от рабочего тела холодильной машины 1 в холодильнике 3, охлаждающая жидкость поступает в теплообменник нагрузки 7 теплового насоса 5. За счет подвода внешней энергии от электродвигателя 8 происходит передача теплоты охлаждающей жидкости системы охлаждения 9 теплоносителю системы внешнего теплоснабжения, протекающему через холодильник 6 теплового насоса 5 по магистрали 15, с повышением его температуры. Отдав значительную часть своей теплоты рабочему телу теплового насоса 5, охлаждающая жидкость поступает в промежуточную емкость 10, где ее температура выравнивается до температуры окружающей среды за счет теплообмена с окружающей средой. Для этой цели промежуточная емкость выполнена с оребренными внутренними и внешними поверхностями 11, обеспечивающими увеличение теплопередающей поверхности, а сама жидкость подается в емкость 10 через разбрызгивающую форсунку 13, обеспечивая испарительный эффект, для чего верхняя крышка 12 емкости 10 выполнена перфорированной. Из емкости 10 с помощью насоса 14 охлаждающая жидкость вновь подается в холодильник 3 для охлаждения холодильной машины 1. От холодильной машины 1 через холодильник 2, холод отводится во внешнюю систему холодоснабжения с помощью магистрали 16. To cool the refrigerating machine 1, driven by the electric motor 4, a cooling system 9 is provided, according to which, taking heat from the working fluid of the refrigerating machine 1 in the refrigerator 3, the cooling liquid enters the heat exchanger load 7 of the heat pump 5. By supplying external energy from the electric motor 8, the heat of the coolant of the cooling system 9 is transferred to the coolant of the external heat supply system flowing through the refrigerator 6 of the heat pump 5 along line 15, with an increase in its temperature. Having given a significant part of its heat to the working fluid of the heat pump 5, the coolant enters the intermediate tank 10, where its temperature is equalized to the ambient temperature due to heat exchange with the environment. For this purpose, the intermediate tank is made with finned inner and outer surfaces 11, providing an increase in the heat transfer surface, and the liquid itself is supplied to the tank 10 through the spray nozzle 13, providing an evaporative effect, for which the top cover 12 of the tank 10 is perforated. From the tank 10, with the help of the pump 14, the coolant is again supplied to the refrigerator 3 for cooling the refrigeration machine 1. From the refrigeration machine 1 through the refrigerator 2, the cold is discharged to the external refrigeration system using line 16.

Иисточники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Кириллов Н.Г., Сударь Ю.М. и др. Децентрализованные системы теплоснабжения с тепловыми насосами, работающими по обратному циклу Стирлинга /Информационный бюллетень: "Теплоэнергетические технологии"/. N 1, С.-Пб., 1997, стр. 38-40.Sources of information taken into account when preparing the application:
1. Kirillov N.G., Sudar Yu.M. et al. Decentralized heat supply systems with heat pumps operating according to the reverse Stirling cycle / Newsletter: "Heat Power Technologies" /. N 1, S.-Pb., 1997, pp. 38-40.

2. Патент России N 2079069. Бюл. N 13 от 10.05.97 года. 2. Patent of Russia N 2079069. Bull. N 13 from 05/10/97.

3. Захаров Ю.В. Судовые установки кондиционирования воздуха и холодильные машины. Л., "Судостроение", 1979, стр. 20 - прототип. 3. Zakharov Yu.V. Marine air conditioning and chillers. L., "Shipbuilding", 1979, p. 20 - prototype.

Claims

A stand-alone thermo-refrigeration unit containing a refrigerating machine and its cooling system, characterized in that the refrigerating machine is made in the form of a Stirling machine with a drive operating in a reverse cycle, while the block is equipped with a heat pump operating in a reverse Stirling cycle with a drive and a cooling system passing through refrigerator of the refrigerating machine and heat exchanger of the heat pump load and including an intermediate tank, made with internal and external fins of the surface, perforated top cover and a spray nozzle in the gaseous part of the tank, and a circulation pump that provides movement of the coolant from the refrigerator of the refrigerating machine to the heat exchanger of the heat pump, then into the intermediate tank and out of it again into the refrigerator of the refrigerating machine, the drive of the refrigerating machine and the heat pump being the form of different electric motors.