RU2166704C1

RU2166704C1 - Power refrigerating plant with low-temperature fuel

Info

Publication number: RU2166704C1
Application number: RU99122862A
Authority: RU
Inventors: Н.Г. Кириллов
Original assignee: Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского
Priority date: 1999-11-01
Filing date: 1999-11-01
Publication date: 2001-05-10

Abstract

FIELD: power engineering, applicable, applicable for generation of mechanical or electric energy, as well as for production of refrigerant. SUBSTANCE: the power refrigerating plant with low-temperature fuel has a direct cycle converter, heat-insulated tank with low-temperature fuel, fuel feed line. The fuel feed line has successively installed regulating valve, throttling valve, refrigerating chamber, heater, expansion turbine having a power load and a Stirling engine. An expansion tank is installed between the expansion turbine and the Stirling engine. The engine exhaust gases pass through a fuel feed line heater. The cooling system is coupled to the tank circuit with low-temperature fuel through a gasifier. The circuit consists of an intake pipe connection, regulating valve connected to the accelerator pedal and the outlet pipe connection. EFFECT: enhanced efficiency of the direct cycle converter of the power refrigerating plant thus producing an additional power. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и газовых регенеративных машин, работающих по циклу Стирлинга, предназначено для получения механической или электрической энергии, а также холода в энергетических устройствах стационарных и транспортных автономных объектах. The invention relates to the field of energy and gas regenerative machines operating on the Stirling cycle, is intended to produce mechanical or electrical energy, as well as cold in energy devices of stationary and transport autonomous objects.

Известны технические решения по использованию сжиженного природного газа в качестве топлива автомобильного транспорта с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), включающие в себя двигатель и теплоизолированную емкость с криогенным жидким топливом. Однако переход на природный газ в ДВС приводит к падению КПД и ухудшению пусковых свойств двигателей (Кершенбаум В.Я., Фальк В.Э. Горизонты транспортной техники. М.: Транспорт, 1988, стр. 109). Known technical solutions for the use of liquefied natural gas as a fuel in motor vehicles with internal combustion engines (ICE), including an engine and a heat-insulated tank with cryogenic liquid fuel. However, the transition to natural gas in the internal combustion engine leads to a decrease in efficiency and deterioration of the starting properties of engines (Kershenbaum V.Ya., Falk V.E. Horizons of transport equipment. M: Transport, 1988, p. 109).

Известна энергетическая установка с двигателем Стирлинга и низкотемпературным топливом, включающая в себя емкость с сжиженным газом, двигатель Стирлинга, линию подачи газа в камеру сгорания, проходящую через холодильник двигателя и обеспечивающую максимальное снижение нижней температуры цикла двигателя (заявка РФ N 96115098, бюл. N 29 от 20.10.98). Однако данная установка не предназначена для одновременного производства механической энергии и холода. A known power plant with a Stirling engine and low temperature fuel, including a container with liquefied gas, a Stirling engine, a gas line to the combustion chamber passing through the engine cooler and providing the maximum reduction in the lower temperature of the engine cycle (RF application N 96115098, bull. N 29 from 10.20.98). However, this installation is not intended for the simultaneous production of mechanical energy and cold.

Известна энергохолодильная установка, включающая в себя преобразователь прямого цикла, теплоизолированную емкость с низкотемпературным топливом, линию подачи топлива с нагревателем, связанным с расширительной турбиной с потребителем мощности на одном валу, и направленную в двигатель Стирлинга, имеющий систему охлаждения с насосом, связанную с газификатором (RU 96116770 A1, F 02 C 1/04, 20.11.1998). Однако в данном устройстве нагреватель двигателя Стирлинга размещен в камере сгорания, что снижает долговечность работы этого узла при работе на водородном топливе. A known energy-refrigerating installation, including a direct-cycle converter, a thermally insulated container with low-temperature fuel, a fuel supply line with a heater connected to an expansion turbine with a power consumer on one shaft, and directed to a Stirling engine having a cooling system with a pump connected to a gasifier ( RU 96116770 A1, F 02 C 1/04, 11.20.1998). However, in this device, the Stirling engine heater is placed in the combustion chamber, which reduces the durability of this unit when operating on hydrogen fuel.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении КПД преобразователя прямого цикла энергохолодильной установки и возможности получения дополнительной полезной энергии. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to increase the efficiency of the direct cycle converter of an energy refrigeration unit and the possibility of obtaining additional useful energy.

Для достижения этого технического результата энергохолодильная установка с низкотемпературным топливом, включающая в себя преобразователь прямого цикла, теплоизолированную емкость с криогенным топливом (например, сжиженным природным газом), линию подачи топлива с запорными и электромагнитными клапанами, дроссельным вентилем и холодильником (испарителем), снабжена, в качестве преобразователя прямого цикла, двигателем Стирлинга, контуром емкости с сжиженным газом, состоящим из заборного патрубка в зоне жидкой фракции топлива, регулирующего клапана, связанного с педалью акселератора двигателя, газофикатора и выпускного патрубка в зоне емкости с газообразной фракцией топлива, линией подачи газообразного топлива, включающей в себя регулирующий клапан, дроссельный вентиль, холодильную камеру, нагреватель, расширительную турбину с потребителем мощности на одном валу и расширительную емкость, а также системой охлаждения двигателя с охладителем и насосом, причем отработанные газы двигателя проходят через нагреватель линии подачи топлива, а система охлаждения двигателя - через газификатор контура емкости с сжиженным газом. To achieve this technical result, an energy-refrigerating installation with low-temperature fuel, including a direct-cycle converter, a heat-insulated container with cryogenic fuel (for example, liquefied natural gas), a fuel supply line with shut-off and electromagnetic valves, a throttle valve and a refrigerator (evaporator), is equipped with as a direct cycle converter, a Stirling engine, a tank circuit with a liquefied gas, consisting of an intake pipe in the area of the liquid fraction of fuel, the valve associated with the accelerator pedal of the engine, gasifier and exhaust pipe in the area of the tank with a gaseous fraction of fuel, a gaseous fuel supply line including a control valve, a throttle valve, a cooling chamber, a heater, an expansion turbine with a power consumer on one shaft and an expansion capacity, as well as an engine cooling system with a cooler and a pump, the exhaust gases of the engine passing through the heater of the fuel supply line, and the engine cooling system - through the gasifier of the tank circuit with liquefied gas.

Введение в состав энергохолодильной установки с низкотемпературным топливом, контура емкости с сжиженным газом, двигателя Стирлинга, система охлаждения которого связана с газификатором контура емкости, а отработанные газы проходят через нагреватель линии подачи топлива, в состав которой входит турбина с потребителем мощности, позволяет получить новое свойство, заключающееся в использовании низкотемпературного топлива, сначала для охлаждения двигателя, при этом минимальная температура цикла двигателя понижается ниже температуры окружающей среды, а затем для охлаждения холодильной камеры, а после теплообмена с отработанными газами, в качестве рабочего тела для расширительной турбины, с получением дополнительной энергии. The introduction of a low-temperature fuel refrigeration unit, a liquefied gas tank circuit, a Stirling engine, the cooling system of which is connected to a gasifier of the tank circuit, and the exhaust gases pass through the heater of the fuel supply line, which includes a turbine with a power consumer, allows to obtain a new property consisting in the use of low-temperature fuel, first to cool the engine, while the minimum temperature of the engine cycle drops below a temperature of approx uzhayuschey medium, and then for cooling the refrigerating compartment, and after heat exchange with the exhaust gases, as the working fluid for the expansion turbine to produce additional power.

На чертеже изображена энергохолодильная установка с низкотемпературным топливом. The drawing shows an energy refrigeration unit with low temperature fuel.

Энергохолодильная установка включает в себя двигатель Стирлинга 1, теплоизолированную емкость с сжиженным газом 2, контур 3 емкости 2, линию подачи топлива 4. Двигатель Стирлинга 1 включает в себя холодильник 5, камеру сгорания 6 и систему охлаждения 7, состоящую из охладителя 8, связанного с окружающей средой, насоса 9. The energy-cooling installation includes a Stirling engine 1, a thermally insulated container with liquefied gas 2, a circuit 3 of the tank 2, a fuel supply line 4. The Stirling engine 1 includes a refrigerator 5, a combustion chamber 6 and a cooling system 7, consisting of a cooler 8 associated with environment, pump 9.

Контур 3 емкости 2 включает в себя заборный патрубок 10, расположенный в зоне жидкой фракции топлива емкости 2, регулирующий клапан 11, связанный с педалью акселератора (не показан), газификатор 12 и выпускной патрубок 13, расположенный в зоне газообразной фракции емкости 2. Контур 3 связан с системой охлаждения 7 через газификатор 12. The circuit 3 of the tank 2 includes an intake pipe 10 located in the zone of the liquid fraction of the fuel of the tank 2, a control valve 11 connected to the accelerator pedal (not shown), a gasifier 12 and an exhaust pipe 13 located in the zone of the gaseous fraction of the tank 2. Circuit 3 connected to the cooling system 7 through the gasifier 12.

Линия подачи топлива 4 в двигатель 1 включает в себя регулирующий клапан 14, дроссельный вентиль 15, холодильную камеру 16, нагреватель 17, расширительную турбину 18 с потребителем мощности 19 на одном валу, расширительную емкость 20. Магистраль отработанных газов 21 двигателя 1 проходит через нагреватель 17. The fuel supply line 4 to the engine 1 includes a control valve 14, a throttle valve 15, a cooling chamber 16, a heater 17, an expansion turbine 18 with a power consumer 19 on one shaft, an expansion tank 20. The exhaust gas line 21 of the engine 1 passes through the heater 17 .

Энергохолодильная установка с низкотемпературным топливом работает следующим образом. Energy refrigeration installation with low temperature fuel operates as follows.

Жидкость системы охлаждения 7 двигателя 1 подводится к газификатору 12 контура 3, в который через регулируемый педалью акселератора (не показан) регулирующий клапан 11 подается сжиженный газ, поступающий из зоны жидкой фракции емкости 2 через патрубок 10. Нагреваясь от охлаждающей жидкости системы охлаждения 7, в газификаторе 12 сжиженный газ испаряется, расширяется и под давлением поступает в зону газообразной фракции емкости 2 через выпускной патрубок 13. Из емкости 2 газ с высоким давлением и низкой температурой поступает в линию подачи топлива 4. Проходя через регулирующий клапан 14, газ дросселируется в вентеле 15 и поступает в холодильную камеру 16, где охлаждает внутреннюю среду камеры 16 до нужной температуры, при этом сам нагревается с повышением давления. Из холодильной камеры 16 газ поступает в нагреватель 17, где за счет теплообмена с отработанными газами двигателя 1 нагревается до высокой температуры с одновременным повышением давления. Газообразное топливо из нагревателя 17 поступает в расширительную турбину 18, где расширяется и совершает полезную работу, передаваемую потребителю мощности 19. После этого газ через расширительную емкость 20 поступает в камеру сгорания 6 двигателя 1. Отработанные газы по магистрали 21 подаются в нагреватель 17 и после охлаждения выбрасываются в окружающую среду. С целью охлаждения двигателя Стирлинга 1 предусмотрена система охлаждения 7. По этой системе нагретая от рабочего тела двигателя 1 охлаждающая жидкость из холодильника 5 с помощью насоса 9 подается сначала в охладитель 8, где происходит теплообмен с окружающей средой (например, атмосферным воздухом), при этом охлаждающая жидкость охлаждается до температуры окружающей среды. Затем жидкость подается в газификатор 12, где она охлаждается до температуры ниже температуры окружающей среды за счет теплообмена с сжиженным газом и поступает вновь в холодильник 5. За счет теплообмена охлаждающей жидкости с низкой температурой и рабочим телом двигателя 1 происходит снижение нижней температуры цикла двигателя Стирлинга 1, что приводит к увеличению КПД. The liquid of the cooling system 7 of the engine 1 is supplied to the gasifier 12 of the circuit 3, into which the liquefied gas coming from the zone of the liquid fraction of the tank 2 through the nozzle 10 is supplied through a pipe 10 regulated by the accelerator pedal (not shown). gasifier 12, the liquefied gas evaporates, expands and under pressure enters the gaseous fraction zone of the container 2 through the outlet pipe 13. From the tank 2, gas with high pressure and low temperature enters the fuel supply line and 4. Passing through the control valve 14, the gas is throttled in ventel 15 and enters a cooling chamber 16 where the cooling medium inside the chamber 16 to the desired temperature, wherein the heated himself with increasing pressure. From the cooling chamber 16, the gas enters the heater 17, where due to heat exchange with the exhaust gases of the engine 1 is heated to a high temperature with a simultaneous increase in pressure. Gaseous fuel from the heater 17 enters the expansion turbine 18, where it expands and performs useful work transmitted to the power consumer 19. After that, the gas through the expansion tank 20 enters the combustion chamber 6 of engine 1. Exhaust gases are supplied through the line 21 to the heater 17 and after cooling discharged into the environment. In order to cool the Stirling engine 1, a cooling system 7 is provided. According to this system, the coolant heated from the working fluid of the engine 1 from the cooler 5 is first pumped through cooler 8 to cooler 8, where heat is exchanged with the environment (for example, atmospheric air), coolant is cooled to ambient temperature. Then the liquid is supplied to the gasifier 12, where it is cooled to a temperature below the ambient temperature due to heat exchange with liquefied gas and enters again into the refrigerator 5. Due to the heat exchange of the coolant with a low temperature and the working fluid of engine 1, the lower temperature of the Stirling engine 1 decreases , which leads to an increase in efficiency.

Claims

An energy refrigeration unit with low temperature fuel, including a direct cycle converter, a thermally insulated container with low temperature fuel (for example, liquefied natural gas), a fuel supply line with a heater connected to an expansion turbine with a power consumer on one shaft and directed to a Stirling engine having a system cooling with a pump associated with a gasifier, characterized in that the fuel supply line contains a sequentially installed control valve, a throttle vein til and a cooling chamber, the outlet of which is directed to the heater, an expansion tank is installed between the expansion turbine and the Stirling engine, the exhaust gases of the engine pass through the heater of the fuel supply line, and the engine cooling system through the gasifier is connected to the circuit of the tank with low-temperature fuel, consisting of an intake pipe in the zone of the liquid fraction of the fuel, the control valve associated with the accelerator pedal of the engine, and the exhaust pipe in the zone of the tank with the gaseous fraction of the top liva.