RU2187680C1 - Anaerobic power plant with stirling engine for submarine - Google Patents
Anaerobic power plant with stirling engine for submarine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2187680C1 RU2187680C1 RU2001113831/06A RU2001113831A RU2187680C1 RU 2187680 C1 RU2187680 C1 RU 2187680C1 RU 2001113831/06 A RU2001113831/06 A RU 2001113831/06A RU 2001113831 A RU2001113831 A RU 2001113831A RU 2187680 C1 RU2187680 C1 RU 2187680C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- fuel
- oxygen
- exhaust gas
- engine
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области энергетики и двигателям Стирлинга, предназначено в качестве энергоустановки для морских объектов, функционирующих без связи с атмосферой, например подводных лодок и глубоководных аппаратов
Известно устройство двигателя Стирлинга - преобразователя энергии прямого цикла с внешним подводом теплоты, включающего в себя камеру сгорания и холодильник. Однако, для повышения к.п.д. двигателя Стирлинга целесообразно использовать охлаждающую среду с температурой ниже температуры окружающей среды для снижения минимальной температуры цикла двигателя (Г.Ридер., Ч.Хупер. Двигатели Стирлинга. М., "Мир", 1986, стр. 55).The invention relates to the field of energy and Stirling engines, is intended as a power plant for marine objects that operate without any connection to the atmosphere, such as submarines and deep-sea vehicles
A device of the Stirling engine is known — a direct cycle energy converter with an external supply of heat, including a combustion chamber and a refrigerator. However, to increase the efficiency It is advisable for a Stirling engine to use a cooling medium with a temperature below ambient temperature to reduce the minimum temperature of the engine cycle (G. Reeder., C. Hooper. Stirling engines. M., Mir, 1986, p. 55).
Известно, что природный газ является наиболее перспективным моторным топливом, поскольку он значительно дешевле дизельного топлива и бензина, а также при его сгорании образуется меньшее количество вредных компонентов (окислов) в отработанных газах (Седых А.Д., Роднянский В.М. Политика Газпрома в области использования природного газа в качестве моторного топлива. //Газовая промышленность. 10, 1999, - стр. 8-9). It is known that natural gas is the most promising motor fuel, since it is much cheaper than diesel fuel and gasoline, and also when it is burned, less harmful components (oxides) are formed in the exhaust gases (A. Sedykh, V. Rodnyansky, Gazprom Politics in the use of natural gas as a motor fuel. // Gas industry. 10, 1999, - p. 8-9).
Известно, что для транспортных средств наиболее целесообразно применять сжиженный природный газ (СПГ), поскольку в данном случае топливные системы имеют меньшие массогабаритные характеристики, чем у транспортных средств со сжатым природным газом (Чириков К.Ю., Пронин Е.Н. Перспективы применения СПГ на транспорте.//Газовая промышленность. 10, 1999 - стр. 28-29). It is known that for vehicles it is most advisable to use liquefied natural gas (LNG), since in this case fuel systems have lower weight and size characteristics than vehicles with compressed natural gas (Chirikov K.Yu., Pronin E.N. Prospects for the use of LNG on transport. // Gas industry. 10, 1999 - p. 28-29).
Известна анаэробная установка с двигателем Стирлинга, предназначенная в том числе и для подводной лодки, содержащая двигатель Стирлинга, контур охлаждения двигателя, проходящий через аккумулятор холода, в который подается забортная вода, емкости с криогенными компонентами топлива - жидким водородом и жидким кислородом, экономайзер, через который проходят линии газообразных компонентов топлива и линия отработанных газов, холодильный блок, расположенный на магистралях подачи криогенных компонентов топлива и через который проходит контур охлаждения двигателя (Кириллов Н.Г. Автономная энергоустановка с двигателем Стирлинга. Заявка РФ на изобретение 96116770, F 02 G 1/ 04, Бюл. 32 от 20.11.98, - стр. 192). Однако в данной установке в качестве горючего применяется жидкий водород, который, с одной стороны, является очень дорогим веществом, а с другой стороны, его хранение требует применения азотного экрана, что значительно усложняет конструкцию и стоимость криогенной емкости, по сравнению с хранением жидкого природного газа. A well-known anaerobic installation with a Stirling engine, intended also for a submarine, containing a Stirling engine, an engine cooling circuit passing through a cold accumulator, into which sea water is supplied, tanks with cryogenic fuel components — liquid hydrogen and liquid oxygen, an economizer, through which passes the lines of gaseous components of the fuel and the line of exhaust gases, a refrigeration unit located on the supply lines of cryogenic components of the fuel and through which the circuit passes ur engine cooling (Kirillov NG. Autonomous power plant with a Stirling engine. RF application for the invention 96116770, F 02 G 1/04, Bull. 32 from 11/20/98, - p. 192). However, in this installation, liquid hydrogen is used as fuel, which, on the one hand, is a very expensive substance, and on the other hand, its storage requires the use of a nitrogen screen, which greatly complicates the design and cost of the cryogenic tank, compared with the storage of liquid natural gas .
Технический результат, который может быть получен при осуществления изобретения, заключается в уменьшении массогабаритных характеристик установки, а также в снижении стоимости эксплуатации анаэробной установки и подводкой лодки в целом. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to reduce the overall dimensions of the installation, as well as to reduce the operating cost of the anaerobic installation and the supply of the boat as a whole.
Для достижения этого технического результата анаэробная установка с двигателем Стирлинга для подводной лодки, содержащая двигатель Стирлинга, магистраль забортной воды, которая связана с контуром охлаждения двигателя через аккумулятор холода, емкость с криогенным горючим, емкость с криогенным окислителем - кислородом, экономайзер, через который проходят магистрали газообразных компонентов топлива (горючего и окислителя) и линия отработанных газов, холодильный блок, расположенный на магистралях подачи криогенных компонентов топлива и через который проходит контур охлаждения двигателя, снабжена теплообменником-ожижителем остаточного кислорода в отработанных газах, расположенным на магистрали жидкого кислорода и связанным линией слива сжиженного кислорода с емкостью жидкого кислорода, адсорбером для вымораживания СО2 и Н2О, расположенным на магистралях горючего и окислителя, а также теплообменником-охладителем отработанных газов, через который проходит магистраль с забортной водой, при этом линия отработанных газов последовательно проходит через экономайзер, теплообменник-охладитель отработанных газов, адсорбер и теплообменник-ожижитель остаточного кислорода, а в качестве криогенного горючего используется сжиженный природный газ.To achieve this technical result, an anaerobic installation with a Stirling engine for a submarine containing a Stirling engine, a seawater line that is connected to the engine cooling circuit through a cold accumulator, a tank with cryogenic fuel, a tank with cryogenic oxidizer - oxygen, an economizer through which the lines pass gaseous components of the fuel (fuel and oxidizer) and exhaust gas line, refrigeration unit located on the supply lines of cryogenic fuel components and through which the engine cooling circuit passes, it is equipped with a residual oxygen heat exchanger-fluidizer in the exhaust gases located on the liquid oxygen line and connected by a liquefied oxygen drain line with a liquid oxygen tank, an adsorber for freezing СО 2 and Н 2 О located on the fuel and oxidizer lines as well as an exhaust gas heat exchanger-cooler through which an overboard water main passes, while the exhaust gas line passes sequentially through an economizer, eploobmennik cooler exhaust gases, and adsorption heat exchanger liquefier residual oxygen, and liquefied natural gas is used as cryogenic fuel.
Введение в состав анаэробной установки с двигателем Стирлинга теплообменника-ожижителя остаточного кислорода в отработанных газах, адсорбера для вымораживания СО2 и Н2О, теплообменника-охладителя отработанных газов и использование в качестве криогенного горючего сжиженного природного газа позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности утилизации и хранения продуктов сгорания углеводородного топлива внутри подводной лодки, а также значительно снизить эксплутационные затраты на использование и хранение криогенного топлива за счет применения более дешевого горючего СПГ.Introduction to the composition of the anaerobic installation with a Stirling engine a residual oxygen heat exchanger-fluidizer in the exhaust gases, an adsorber for freezing СО 2 and Н 2 О, an exhaust gas heat exchanger-cooler and the use of liquefied natural gas as a cryogenic fuel allows to obtain a new property, which consists in the possibility of utilization and storage of products of combustion of hydrocarbon fuel inside the submarine, as well as significantly reduce operating costs for the use and storage of cryogenic about fuel through the use of cheaper combustible LNG.
На чертеже изображена анаэробная установка с двигателем Стирлинга для подводной лодки. The drawing shows an anaerobic unit with a Stirling engine for a submarine.
Анаэробная установка с двигателем Стирлинга состоит из преобразователя энергии прямого цикла с внешним подводом теплоты (двигатель Стирлинга) 1, контура охлаждения 2 преобразователя 1, аккумулятора холода 3, емкости с жидким кислородом 4, емкости со сжиженным природным газом - СПГ 5, магистрали подачи кислорода 6, магистрали подачи СПГ 7, теплообменника-ожижителя остаточного кислорода 8, адсорбера 9, холодильного блока 10, экономайзера 11, теплообменника-охладителя отработанных газов 12, линии отработанных газов 13, линии слива сжиженного кислорода 14, магистрали подачи забортной воды 15 с насосом 16, проходящей через аккумулятор холода 3 и теплообменник-охладитель 12. An anaerobic unit with a Stirling engine consists of a direct-cycle energy converter with external heat input (Stirling engine) 1, a cooling circuit 2 of a converter 1, a cold accumulator 3, a tank with liquid oxygen 4, a tank with liquefied natural gas - LNG 5, an oxygen supply line 6 , LNG supply line 7, residual oxygen heat exchanger-fluidizer 8, adsorber 9, refrigeration unit 10, economizer 11, exhaust gas heat exchanger-cooler 12, exhaust gas line 13, liquefied oxygen discharge line and 14, the seawater supply line 15 to the pump 16 through the cold accumulator 3 and the heat exchanger-cooler 12.
Двигатель Стирлинга 1 включает в себя камеру сгорания 17 и холодильник 18. Через холодильник 18 двигателя 1 проходит контур охлаждения 2, связывающий двигатель 1 с аккумулятором холода 3 и холодильным блоком 10. Для циркуляции теплоносителя в контуре охлаждения 2 предназначен насос 19 Камера сгорания 17 двигателя 1 связана с емкостью жидкого кислорода 4 магистралью подачи 6, проходящей через теплообменник-ожижитель 8 остаточного кислорода отработанных газов, адсорбер 9, холодильный блок 10, экономайзер 11, и содержащей насос 20. Сжиженный природный газ из емкости 5 поступает в камеру сгорания 17 по магистрали 7, проходящей через адсорбер 9, холодильный блок 10, экономайзер 11, и содержащей насос 21. The Stirling engine 1 includes a combustion chamber 17 and a refrigerator 18. A cooling circuit 2 passes through the refrigerator 18 of the engine 1, connecting the engine 1 to the cold accumulator 3 and the cooling unit 10. A pump 19 is used for circulating the coolant in the cooling circuit 2, engine 17 connected with the capacity of liquid oxygen 4 by a supply line 6 passing through a heat exchanger-fluidizer 8 of the residual oxygen of the exhaust gases, an adsorber 9, a cooling unit 10, an economizer 11, and containing a pump 20. Liquefied natural gas from the tank 5 enters the combustion chamber 17 along the highway 7 passing through the adsorber 9, the refrigeration unit 10, the economizer 11, and containing the pump 21.
Отработанные газы из камеры сгорания 17 по линии отработанных газов 13 последовательно поступают в экономайзер 11, теплообменник-охладитель отработанных газов 12, адсорбер 9 и теплообменник-ожижитель 8. The exhaust gases from the combustion chamber 17 through the exhaust gas line 13 are sequentially supplied to the economizer 11, the exhaust gas heat exchanger-cooler 12, the adsorber 9 and the heat exchanger fluidizer 8.
Анаэробная установка с двигателем Стирлинга работает следующим образом. Anaerobic installation with a Stirling engine works as follows.
Предварительно, перед началом функционирования подводной лодки в автономном режиме, в нем запасаются в необходимых количествах рабочие среды: жидкий кислород в емкости 4 и сжиженный природный газ в емкости 5. Для обеспечения полноты сгорания природного газа, которая характеризуется содержанием СО (окиси углерода) и С (углерода) в отработанных газах, в камеру сгорания 17 подается избыточный кислород по сравнению с его количеством, которое определяется стехиометрическим соотношением. Previously, before the submarine begins to operate in an autonomous mode, the working media are stored in necessary quantities: liquid oxygen in tank 4 and liquefied natural gas in tank 5. To ensure complete combustion of natural gas, which is characterized by the content of CO (carbon monoxide) and C (carbon) in the exhaust gas, excess oxygen is supplied to the combustion chamber 17 in comparison with its amount, which is determined by the stoichiometric ratio.
В камере сгорания 17 происходит реакция горения СПГ и кислорода (с избыточным его количеством) с выделением теплоты, которая передается рабочему телу двигателя Стирлинга 1. Для высокоэффективной работы двигателя 1 в его холодильник 18 подается теплоноситель контура охлаждения 2, который охлаждая двигатель 1, нагревается и подается в аккумулятор холода 3, где теплоноситель отдает значительную часть теплоты, полученной от двигателя 1, забортной воде, охлаждается и насосом 19 подается в холодильный блок 10. Здесь теплоноситель охлаждается до температуры ниже температуры окружающей среды (забортной воды) за счет теплообмена с криогенными компонентами топлива (СПГ и кислородом), после чего вновь поступает в холодильник 18 для охлаждения двигателя 1. Охлаждение теплоносителя до более низких, чем окружающая среда, температур позволяет значительно повысить к.п.д. двигателя Стирлинга 1 за счет снижения его минимальной температуры цикла. In the combustion chamber 17, the LNG and oxygen combustion reaction occurs (with its excess amount) with the release of heat, which is transferred to the working fluid of the Stirling engine 1. For highly efficient operation of engine 1, coolant 2 is supplied to its cooler 18, which heats the engine 1 and cools it is supplied to the cold accumulator 3, where the coolant gives off a significant part of the heat received from the engine 1 to the seawater, is cooled and is pumped to the cooling unit 10 by the pump 19. Here, the coolant is cooled to temperatures below ambient temperature (sea water) due to heat exchange with cryogenic fuel components (LNG and oxygen), and then again enters the refrigerator 18 to cool engine 1. Cooling the coolant to lower temperatures than the environment can significantly increase K. p.d. Stirling engine 1 by reducing its minimum cycle temperature.
В холодильный блок 10 жидкий кислород и сжиженный природный газ подаются из емкостей 4 и 5 соответственно насосами 20 и 21 по магистралям 6 и 7. Предварительно кислородная магистраль проходит сначала через теплообменник-ожижитель 8, где сжижается остаточный кислород отработанных газов, который потом сливается по линии 14 в емкость 4, а потом совместно с магистралью СПГ 7 проходит через адсорбер 9, где вымораживаются СО2 и Н2О из отработанных газов. В холодильном блоке 10 природный газ и кислород нагреваются с повышением давления, охлаждая теплоноситель контура охлаждения 2, так как имеют более низкий уровень температур, после чего поступают в экономайзер 11, где перегреваются до высокой температуры, ввиду теплообмена с отработанными газами, выходящими из камеры сгорания 17. Затем природный газ и кислород поступают в камеру сгорания 17, где происходит реакция горения. Продукты сгорания (отработанные газы) удаляются из камеры сгорания 17 по линии 13. После экономайзера 11 отработанные газы поступают в теплообменник-охладитель 12, где охлаждаются забортной водой до температуры окружающей среды. Затем, отработанные газы поступают в адсорбер 9, где из них вымораживаются СО2 и Н2О, а оставшийся кислород из отработанных газов подается в теплообменник-ожижитель 8 для конденсации. Забортная вода в подводную лодку подается по магистрали 15 с помощью насоса 16.In the refrigeration unit 10, liquid oxygen and liquefied natural gas are supplied from tanks 4 and 5 by pumps 20 and 21, respectively, through lines 6 and 7. Previously, the oxygen line first passes through a heat exchanger-liquefier 8, where the residual oxygen of the exhaust gases is liquefied, which then merges through the line 14 into the tank 4, and then, together with the LNG line 7, passes through the adsorber 9, where СО 2 and Н 2 О are frozen out from the exhaust gases. In the refrigeration unit 10, natural gas and oxygen are heated with increasing pressure, cooling the coolant of the cooling circuit 2, because they have a lower temperature level, and then go to the economizer 11, where they overheat to high temperature, due to heat exchange with the exhaust gases leaving the combustion chamber 17. Then, natural gas and oxygen enter the combustion chamber 17, where the combustion reaction takes place. Combustion products (exhaust gases) are removed from the combustion chamber 17 via line 13. After the economizer 11, the exhaust gases enter the heat exchanger-cooler 12, where they are cooled by sea water to ambient temperature. Then, the exhaust gases enter the adsorber 9, where they are frozen CO 2 and H 2 O, and the remaining oxygen from the exhaust gases fed to heat exchanger 8-liquefier for condensation. Seawater into the submarine is fed through line 15 using pump 16.
Источники информации
1. Г.Ридер., Ч.Хупер. Двигатели Стирлинга. М., "Мир", 1986, стр. 55.Sources of information
1. G. Reeder., C. Hooper. Stirling engines. M., "World", 1986, p. 55.
2. Седых А.Д., Роднянский В.М. Политика Газпрома в области использования природного газа в качестве моторного топлива.//Газовая промышленность, 10, 1999, - стр. 8-9. 2. Sedykh A.D., Rodnyansky V.M. Gazprom Policy in the Use of Natural Gas as a Motor Fuel. // Gas Industry, 10, 1999, - pp. 8-9.
3. Чириков К.Ю., Пронин Е.Н. Перспективы применения СПГ на транспорте. //Газовая промышленность. 10, 1999, - стр. 28-29. 3. Chirikov K.Yu., Pronin E.N. Prospects for the use of LNG in transport. //Gas industry. 10, 1999, pp. 28-29.
4. Кириллов Н.Г. Автономная энергоустановка с двигателем Стирлинга Заявка РФ на изобретение 96116770, F 02 G 1/04, Бюл. 32 от 20.11.98, стр. 192 - прототип. 4. Kirillov N.G. Autonomous power plant with a Stirling engine Application of the Russian Federation for the invention 96116770, F 02 G 1/04, Bull. 32 from 11/20/98, p. 192 - prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001113831/06A RU2187680C1 (en) | 2001-05-21 | 2001-05-21 | Anaerobic power plant with stirling engine for submarine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001113831/06A RU2187680C1 (en) | 2001-05-21 | 2001-05-21 | Anaerobic power plant with stirling engine for submarine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2187680C1 true RU2187680C1 (en) | 2002-08-20 |
Family
ID=20249866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001113831/06A RU2187680C1 (en) | 2001-05-21 | 2001-05-21 | Anaerobic power plant with stirling engine for submarine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2187680C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2501705C1 (en) * | 2012-12-11 | 2013-12-20 | Николай Борисович Болотин | Submarine and submarine propulsion system |
| RU2502631C1 (en) * | 2012-12-11 | 2013-12-27 | Николай Борисович Болотин | Submarine and submarine propulsion system |
| RU2506198C1 (en) * | 2012-12-17 | 2014-02-10 | Николай Борисович Болотин | Nuclear submarine |
| RU2507107C1 (en) * | 2012-12-17 | 2014-02-20 | Николай Борисович Болотин | Modular nuclear submarine |
| RU2620698C1 (en) * | 2016-05-31 | 2017-05-29 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ имени генерала армии А.В. Хрулева" | Special fortification structure |
| RU2647520C2 (en) * | 2016-07-25 | 2018-03-16 | Николай Геннадьевич Кириллов | Special fortification structure |
-
2001
- 2001-05-21 RU RU2001113831/06A patent/RU2187680C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2501705C1 (en) * | 2012-12-11 | 2013-12-20 | Николай Борисович Болотин | Submarine and submarine propulsion system |
| RU2502631C1 (en) * | 2012-12-11 | 2013-12-27 | Николай Борисович Болотин | Submarine and submarine propulsion system |
| RU2506198C1 (en) * | 2012-12-17 | 2014-02-10 | Николай Борисович Болотин | Nuclear submarine |
| RU2507107C1 (en) * | 2012-12-17 | 2014-02-20 | Николай Борисович Болотин | Modular nuclear submarine |
| RU2620698C1 (en) * | 2016-05-31 | 2017-05-29 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ имени генерала армии А.В. Хрулева" | Special fortification structure |
| RU2647520C2 (en) * | 2016-07-25 | 2018-03-16 | Николай Геннадьевич Кириллов | Special fortification structure |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2597930C1 (en) | Liquefied gas processing system for ship | |
| US20140069117A1 (en) | Non-explosive mixed refrigerant for re-liquefying device in system for supplying fuel to high-pressure natural gas injection engine | |
| US4282835A (en) | Internal combustion engine with gas synthesizer | |
| CN113701043B (en) | Comprehensive system for preparing, storing and burning hydrogen on LNG ship | |
| KR101686505B1 (en) | System and method for supplying fuel gas using a waste heat of engine cooling water | |
| RU2542166C1 (en) | Power plant of underwater vehicle | |
| RU2187680C1 (en) | Anaerobic power plant with stirling engine for submarine | |
| KR20200007444A (en) | Hydrogen-Enriched Compressed Natural Gas Fuel Supply System and Method for Low Pressure Gas Engine of a Ship | |
| GB1560096A (en) | Regasification of liquefied natural gas | |
| KR102578402B1 (en) | Boil-Off Gas Proceeding System for Liquefied Hydrogen Carrier | |
| RU2187676C1 (en) | Anaerobic power plant with stirling engine for submarine | |
| KR20160073349A (en) | Supercritical Carbon Dioxide Power Generation System and Ship having the same | |
| RU2187679C1 (en) | Anaerobic power plant with stirling engine for underwater craft | |
| RU2187677C1 (en) | Submarine anaerobic power plant built around stirling engine | |
| CN214792180U (en) | Carbon dioxide liquefaction system, carbon dioxide liquefaction and liquefied natural gas vaporization combined treatment system and low-carbon-emission ship | |
| KR101096056B1 (en) | Absorption Refrigeration using Engine's Waste Heat | |
| CN103382930A (en) | System utilizing normal temperature compressor to process low temperature gas | |
| RU2187678C1 (en) | Underwater craft anaerobic power plant built around stirling engine | |
| CN102213161B (en) | Closed gas cycle type thermal power system | |
| RU2616136C1 (en) | Device for removing carbon dioxide | |
| KR20160066540A (en) | Supercritical Carbon Dioxide Power Generation System and Ship having the same | |
| KR102132123B1 (en) | treatment system for gas and vessel having the same | |
| KR102578403B1 (en) | Boil-Off Gas Proceeding System for Liquefied Hydrogen Carrier | |
| CN113716009A (en) | System for ammonia power LPG ship utilizes fuel cold energy to handle cargo hold BOG | |
| RU2214566C1 (en) | Cooling system having stirling engine for installations operating without communication with atmosphere |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20030522 |