RU2272919C2 - Self-contained electric and thermal energy source - Google Patents
Self-contained electric and thermal energy source Download PDFInfo
- Publication number
- RU2272919C2 RU2272919C2 RU2004115434/06A RU2004115434A RU2272919C2 RU 2272919 C2 RU2272919 C2 RU 2272919C2 RU 2004115434/06 A RU2004115434/06 A RU 2004115434/06A RU 2004115434 A RU2004115434 A RU 2004115434A RU 2272919 C2 RU2272919 C2 RU 2272919C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- gas
- liquid
- internal combustion
- combustion engine
- Prior art date
Links
Landscapes
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к тепло- и электроэнергетике, а более конкретно к мобильным автономным источникам электрической и тепловой энергии, предназначенным для тепло- электроснабжения объектов различного назначения, в т.ч. в случае чрезвычайных ситуаций (в фермерских хозяйствах, в армии и флоте и т.д.).The invention relates to heat and power industry, and more specifically to mobile autonomous sources of electric and thermal energy, intended for heat and power supply of objects for various purposes, including in case of emergency (on farms, in the army and navy, etc.).
Известно устройство на базе двигателя внутреннего сгорания (ДВС), предназначенное для получения электрической и тепловой энергии, в котором генератор электрического тока подключен к двигателю через узел гидродинамического преобразователя крутящего момента, соединенный с системой использования тепла, отводимого рабочей жидкостью преобразователя крутящего момента и хладагентом двигателя (з. ФРГ №2605932, пр.14.02.76, публ.1981 г, F 02 B 63/04).A device based on an internal combustion engine (ICE) is known for producing electric and thermal energy, in which an electric current generator is connected to the engine through a node of a hydrodynamic torque converter connected to a system for using heat removed by the working fluid of the torque converter and engine coolant ( West Germany No. 2605932, project 14.02.76, publ. 1981, F 02 B 63/04).
К недостаткам известного устройства можно отнести невысокий КПД, связанный с потерями тепловой энергии выхлопных газов, существенные ограничения в получении тепловой энергии для нужд теплоснабжения и горячего водоснабжения, обусловленные мощностью используемого ДВС.The disadvantages of the known device include the low efficiency associated with the loss of thermal energy of the exhaust gases, significant restrictions on the production of thermal energy for the needs of heat supply and hot water supply, due to the power of the internal combustion engine used.
Частично эти недостатки устраняются в устройстве для совместного получения электроэнергии и тепла (п. США №4226214, F 02 B 63/04, НКИ 123-2, з. №923272 от 10.07.78).Partially, these shortcomings are eliminated in the device for the joint production of electricity and heat (U.S. No. 4226214, F 02 B 63/04, NKI 123-2, Z. No. 923272 of 07/10/78).
Это устройство состоит из ДВС с магистралью подачи топлива и жидкостным контуром охлаждения с теплообменником, выхлопным патрубком с газожидкостным теплообменником и генератора электрической энергии и рамы.This device consists of an internal combustion engine with a fuel supply line and a liquid cooling circuit with a heat exchanger, an exhaust pipe with a gas-liquid heat exchanger and an electric energy generator and frame.
Недостатками этого устройства являются ограниченные возможности в получении тепловой энергии для нужд теплоснабжения и горячего водоснабжения, невысокий уровень унификации, узкая область применения, недостаточное использование водяных паров и тепла продуктов сгорания ДВС.The disadvantages of this device are the limited possibilities in obtaining thermal energy for the needs of heat supply and hot water supply, a low level of unification, a narrow scope, insufficient use of water vapor and heat of combustion products of the internal combustion engine.
Задачей, решаемой с помощью автономного источника электрической и тепловой энергии, является расширение функциональных возможностей устройства при высокой степени унификации и повышение КПД путем более полного использования тепла выхлопных газов и водяных паров, содержащихся в этих газах.The task to be solved with the help of an autonomous source of electric and thermal energy is to expand the functionality of the device with a high degree of unification and increase efficiency by making better use of the heat of exhaust gases and water vapor contained in these gases.
Предлагаемый автономный источник электрической и тепловой энергии состоит из двигателя внутреннего сгорания с магистралью подачи топлива и жидкостным контуром охлаждения с теплообменником, выхлопного патрубка с газожидкостным теплообменником, генератора электрической энергии и рамы. Согласно изобретению газожидкостный теплообменник выполнен в виде теплопарогенератора с камерой сгорания и газовым эжектором, сопло которого сообщено с выхлопным патрубком двигателя внутреннего сгорания, а жидкостные контуры газожидкостного теплообменника подключены к потребителю или промежуточному теплообменнику.The proposed autonomous source of electric and thermal energy consists of an internal combustion engine with a fuel supply line and a liquid cooling circuit with a heat exchanger, an exhaust pipe with a gas-liquid heat exchanger, an electric energy generator and a frame. According to the invention, the gas-liquid heat exchanger is made in the form of a heat generator with a combustion chamber and a gas ejector, the nozzle of which is in communication with the exhaust pipe of the internal combustion engine, and the liquid circuits of the gas-liquid heat exchanger are connected to a consumer or an intermediate heat exchanger.
Система подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания и теплопарогенератор может быть общей с установленными на входе регулирующе-отсечными клапанами.The fuel supply system to the internal combustion engine and the heat generator can be common with control shut-off valves installed at the inlet.
Дополнительно жидкостный контур охлаждения двигателя внутреннего сгорания может быть сообщен через промежуточный теплообменник хотя бы с одним жидкостным контуром газожидкостного теплообменника теплопарогенератора.Additionally, the liquid cooling circuit of the internal combustion engine can be communicated through an intermediate heat exchanger with at least one liquid circuit of the gas-liquid heat exchanger of the heat generator.
Кроме того, полость перед соплом газового эжектора может быть выполнена в виде ресивера.In addition, the cavity in front of the nozzle of the gas ejector can be made in the form of a receiver.
Учитывая высокую температуру выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания сопло газового эжектора может являться воспламенителем горючей смеси в камере сгорания теплопарогенератора.Given the high temperature of the exhaust gases of the internal combustion engine, the gas ejector nozzle may be an igniter of the combustible mixture in the combustion chamber of the heat and steam generator.
Схема предлагаемого устройства приведена на чертеже.A diagram of the proposed device is shown in the drawing.
Автономный источник электрической и тепловой энергии состоит из двигателя внутреннего сгорания 1, к валу которого через муфту 2 присоединен генератор электрической энергии 3. Топливо (например, метан) поступает в ДВС 1 по магистрали подачи 4, от которой отходит вторая магистраль 5 подачи топлива в теплопарогенератор 6. ДВС имеет жидкостный контур охлаждения 7 с насосом 8 и промежуточным теплообменником 9, другой контур которого сообщен с рубашкой 10 газожидкостного теплообменника теплопарогенератора 6. В теплообменник 9 поступает вода подпитки через насос 11. Теплопарогенератор 6 имеет камеру подготовки горючей смеси 12, вихревую камеру сгорания 13 с рубашкой 10, сопло 14, камеру смешения 15 с рубашкой 16 газожидкостного теплообменника, теплоноситель (вода) в который подается насосом 17, включенным в контур теплообмена 18 с теплообменниками 19 (потребители). Рубашки 10 и 16 теплообменника могут быть связаны между собой трубопроводом с вентилем 20. За минимальным сечением сопла 14 установлены сопла 21 для подачи эжектирующего рабочего тела (перегретой воды или пара) из рубашки 10 газожидкостного теплообменника в камеру смешения 15. Через насадок 22 смесевой теплоноситель Т1 поступает к потребителю. Часть теплоносителя из теплообменника 17 через сопла 23 может поступать в камеру смешения в направлении к выходу. Конденсированная часть смесевого теплоносителя Т2 по магистрали 24 от потребителя возвращается в магистраль подпитки перед насосом 11. На огневом днище 25 соосно вихревой камере сгорания установлено сопло газового эжектора 26 через ресивер 27, сообщенное с выхлопным патрубком 28 ДВС 1. В магистралях подачи топлива к ДВС 1 и теплопарогенератору 6 установлены регулирующе-отсечные клапаны 29 и 30. Потребитель 31 теплоносителя Т1 может получать его как с нерастворенными газовыми включениями (CO2, N2), так и после отделения газовых включений и сброса их через клапан 32.An autonomous source of electric and thermal energy consists of an internal combustion engine 1, to the shaft of which an electric energy generator 3 is connected via a coupling 2. Fuel (for example, methane) enters the internal combustion engine 1 through the supply line 4, from which the second fuel supply line 5 to the heat exchanger leaves 6. The internal combustion engine has a liquid cooling circuit 7 with a pump 8 and an intermediate heat exchanger 9, the other circuit of which is connected to the jacket 10 of the gas-liquid heat exchanger of the heat-generator 6. The make-up water enters the heat exchanger 9 through the pump 11. The heat generator 6 has a chamber for preparing a combustible mixture 12, a vortex combustion chamber 13 with a jacket 10, a nozzle 14, a mixing chamber 15 with a jacket 16 of a gas-liquid heat exchanger, a heat carrier (water) into which is supplied by a pump 17 included in the heat exchange circuit 18 with heat exchangers 19 (consumers). The shirts 10 and 16 of the heat exchanger can be connected to each other by a pipeline with a valve 20. For a minimum section of the nozzle 14, nozzles 21 are installed for feeding the ejecting working fluid (superheated water or steam) from the jacket 10 of the gas-liquid heat exchanger into the mixing chamber 15. Through the nozzles 22, the mixed heat carrier T1 goes to the consumer. Part of the coolant from the heat exchanger 17 through the nozzle 23 may enter the mixing chamber in the direction of the outlet. The condensed part of the mixed coolant T2 along the line 24 from the consumer returns to the make-up line in front of the pump 11. A nozzle of a gas ejector 26 is installed on the firing bottom 25 coaxially with a vortex combustion chamber through a receiver 27 in communication with the exhaust pipe 28 of the internal combustion engine 1. In the fuel supply lines to the internal combustion engine 1 The control and shut-off valves 29 and 30 are installed in the heat-and-steam generator 6. The consumer 31 of the heat carrier T1 can receive it both with undissolved gas inclusions (CO 2 , N 2 ), and after separating the gas inclusions and dumping them Through valve 32.
Автономный источник электрической и тепловой энергии работает следующим образом.Autonomous source of electric and thermal energy works as follows.
Контуры теплообменников предварительно заполнены циркулирующими теплоносителями.The circuits of the heat exchangers are pre-filled with circulating coolants.
Топливо (метан) по магистрали подачи 4 через регулирующее-отсечной клапан 29 поступает в систему топливопитания ДВС 1. Запуск двигателя 1 осуществляется с помощью стартового электродвигателя или бензинового пускового двигателя (не показаны). После выхода ДВС 1 на номинальный режим работы генератор электрической энергии 3 через муфту 2 подключается к валу двигателя и начинает вырабатывать электрическую энергию, основная часть которой поступает к различным потребителям, а некоторое количество электроэнергии отбирается для привода насосов 8, 11 и 17.Fuel (methane) through the supply line 4 through the control-shut-off valve 29 enters the fuel supply system of the engine 1. The engine 1 is started using the starting electric motor or gasoline starting engine (not shown). After the internal combustion engine 1 reaches its nominal operating mode, the electric energy generator 3 is connected to the motor shaft through the coupling 2 and begins to generate electric energy, the main part of which is supplied to various consumers, and a certain amount of electricity is taken to drive the pumps 8, 11 and 17.
В жидкостном контуре охлаждения 7 с помощью насоса 8 циркулирует теплоноситель, который снимает тепло с работающего ДВС 1 и в промежуточном теплообменнике 9 отдает его поступающей через насос 11 воде подпитки, поступающей по магистрали 24 и, в случае необходимости, из внешнего источника. Из теплообменника 9 подогретая вода поступает в рубашку 10 газожидкостного теплообменника, окружающую вихревую камеру сгорания 13 и сопло 14 теплопарогенератора 6.In the liquid cooling circuit 7, using the pump 8, the coolant circulates, which removes heat from the internal combustion engine 1 and in the intermediate heat exchanger 9, transfers it to the make-up water coming through the pump 11, coming through the line 24 and, if necessary, from an external source. From the heat exchanger 9, the heated water enters the jacket 10 of the gas-liquid heat exchanger surrounding the vortex combustion chamber 13 and the nozzle 14 of the heat-vapor generator 6.
Теплопарогенератор 6 может потреблять то же топливо, что и ДВС 1. Поэтому из магистрали подачи 4 отходит вторая магистраль 5, по которой метан через регулирующее-отсечной клапан 30 поступает в камеру подготовки горючей смеси 12, и далее в виде смеси с воздухом, поступающим из окружающей атмосферы или нагнетающего вентилятора, - в вихревую камеру сгорания 13. В эту же камеру 13 через выхлопной патрубок 28, ресивер 27 и сопло газового эжектора 26 поступают продукты сгорания ДВС 1. Имея на выходе температуру порядка 600°С, эти газы поджигают газовоздушную смесь в вихревой камере сгорания 13 (для других видов топлива может быть установлена свеча зажигания). Продукты сгорания ДВС 1, поступая через сопло газового эжектора 26, создают благоприятные условия для работы вихревой камеры сгорания 13 и камеры подготовки горючей смеси 12, обеспечивая подсос низконапорной смеси из камеры 12, что при большинстве условий эксплуатации исключает применение вентиляторов и компрессоров для подачи воздуха и получения горючей смеси для организации процесса горения.The heat generator 6 can consume the same fuel as the internal combustion engine 1. Therefore, the second highway 5 leaves the supply line 4, through which methane through the control-shutoff valve 30 enters the chamber for preparing the combustible mixture 12, and then in the form of a mixture with air coming from the atmosphere or the blower fan, into the vortex combustion chamber 13. Into the same chamber 13 through the exhaust pipe 28, the receiver 27 and the nozzle of the gas ejector 26 the combustion products of the internal combustion engine 1 arrive. Having an exit temperature of about 600 ° C, these gases ignite the gas-air in admixture vortex combustion chamber 13 (for other fuels can be installed spark plug). The combustion products of the internal combustion engine 1, coming through the nozzle of the gas ejector 26, create favorable conditions for the operation of the vortex combustion chamber 13 and the chamber for preparing the combustible mixture 12, ensuring the suction of the low-pressure mixture from the chamber 12, which under most operating conditions eliminates the use of fans and compressors for air supply and obtaining a combustible mixture for organizing the combustion process.
Продукты сгорания, образующиеся в вихревой камере сгорания 13, эжектируются продуктами сгорания ДВС 1, поступающими через сопло 26, и отводятся через сопло 14 в камеру смешения 15 вместе с эжектирующим рабочим телом (выхлопными газами ДВС).The combustion products generated in the vortex combustion chamber 13 are ejected by the combustion products of the internal combustion engine 1 through the nozzle 26 and discharged through the nozzle 14 into the mixing chamber 15 together with the ejected working fluid (ICE exhaust gases).
Часть перегретой воды (или пара), полученной в рубашке 10, через сопла 21 поступает в камеру смешения 15, создавая эжектирующий поток для смеси выхлопных газов ДВС и продуктов сгорания из вихревой камеры сгорания 13. Другая часть перегретой воды или пара из рубашки 10 может отводиться потребителю. Еще одна часть перегретой воды может поступать через вентиль 20 в контур теплообмена 18 с насосом 17 и рубашкой 16. В этом же контуре находятся потребители тепловой энергии - теплообменники 19. Часть нагретой воды из рубашки 16 через сопла 23 в виде эжектирующего потока поступает в камеру смешения, завершая процесс получения смесевого теплоносителя T1 требуемыми потребителю характеристиками, отводимого через насадок 22 потребителям 31. Смесевой теплоноситель состоит из воды, паров воды и нерастворенных газов. На пути к потребителю 31 он может быть освобожден от нерастворенных газов, например, в вихревом сепараторе (не показан), а газы выведены через клапан 32 в окружающую среду.Part of the superheated water (or steam) obtained in the jacket 10, through nozzles 21 enters the mixing chamber 15, creating an ejection stream for the mixture of exhaust gases of the internal combustion engine and combustion products from the vortex combustion chamber 13. Another part of the superheated water or steam from the jacket 10 can be discharged to the consumer. Another part of the superheated water can flow through the valve 20 to the heat exchange circuit 18 with the pump 17 and the jacket 16. In the same circuit are the consumers of heat energy - heat exchangers 19. A part of the heated water from the jacket 16 through the nozzles 23 enters the mixing chamber as an ejection stream , completing the process of obtaining a mixed coolant T1 characteristics required by the consumer, discharged through nozzles 22 to consumers 31. The mixed coolant consists of water, water vapor and undissolved gases. On the way to the consumer 31, it can be freed from undissolved gases, for example, in a vortex separator (not shown), and the gases are discharged through valve 32 into the environment.
Конденсированный теплоноситель Т2 (вода) по магистрали 24 поступает на вход насоса 11.Condensed coolant T2 (water) through line 24 is supplied to the input of the pump 11.
Так как в продуктах сгорания ДВС 1 и вихревой камеры сгорания 13 достаточно много воды, то после конденсации и отдачи тепла потребителям она поступает в магистраль подпитки, в большинстве случаев эксплуатации исключая потребление воды подпитки из внешних источников. Сообщение рабочих полостей цилиндров ДВС 1 через выхлопной патрубок 28 с вихревой камерой сгорания 13, в осевой зоне которой создается пониженное давление, поддерживаемое, кроме того, эжектирующими соплами 21 и 23, обеспечивает принудительное опорожнение рабочих полостей цилиндров ДВС от продуктов сгорания, что повышает КПД ДВС.Since there is a lot of water in the combustion products of ICE 1 and the vortex combustion chamber 13, after condensation and heat transfer to consumers, it enters the recharge line, in most cases of operation, excluding the recharge water consumption from external sources. The communication of the working cavities of the internal combustion engine cylinders 1 through the exhaust pipe 28 with the vortex combustion chamber 13, in the axial zone of which a reduced pressure is created, which is also supported by the ejector nozzles 21 and 23, provides for forced emptying of the working cavities of the internal combustion engine cylinders from the combustion products, which increases the efficiency of the internal combustion engine .
С помощью регулирующее-отсечного клапана 30 можно устанавливать необходимый в данный момент уровень потребления топлива и, следовательно, уровень выработки тепловой энергии.Using the control-shut-off valve 30, it is possible to set the current fuel consumption level and, therefore, the level of heat energy production.
Регулированием расхода воды с помощью насосов и вентилей (в частности, вентиля 20) можно получать требуемый потребителю уровень температур теплоносителей.By regulating the flow of water with the help of pumps and valves (in particular, valve 20), it is possible to obtain the temperature level of the coolant required by the consumer.
Заявляемое устройство без останова и переналадки позволяет потребителю получать одновременно или раздельно те или иные ресурсы, которые необходимы ему в данный момент времени (электричество, горячая вода, пар, горячая вода для отопления, смесевой теплоноситель).The inventive device without shutdown and readjustment allows the consumer to receive simultaneously or separately those or other resources that he needs at a given time (electricity, hot water, steam, hot water for heating, mixed heat carrier).
Модульное исполнение устройства позволит отдельно эксплуатировать ДВС 1 с генератором электрической энергии 3 и теплопарогенератор 6. В частности, теплопарогенератор можно использовать для дезинфекции емкостей и помещений, очистки железнодорожных путей и дорог и в качестве источника горячей воды и теплоносителя.The modular design of the device will allow for the separate operation of the internal combustion engine 1 with electric power generator 3 and heat generator 6. In particular, the heat generator can be used to disinfect containers and premises, clean railways and roads, and as a source of hot water and coolant.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004115434/06A RU2272919C2 (en) | 2004-05-21 | 2004-05-21 | Self-contained electric and thermal energy source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004115434/06A RU2272919C2 (en) | 2004-05-21 | 2004-05-21 | Self-contained electric and thermal energy source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004115434A RU2004115434A (en) | 2005-11-10 |
| RU2272919C2 true RU2272919C2 (en) | 2006-03-27 |
Family
ID=35864873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004115434/06A RU2272919C2 (en) | 2004-05-21 | 2004-05-21 | Self-contained electric and thermal energy source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2272919C2 (en) |
-
2004
- 2004-05-21 RU RU2004115434/06A patent/RU2272919C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004115434A (en) | 2005-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100406810C (en) | A heating appliance | |
| RU2200850C2 (en) | Gas-and steam-turbine plant and method of its operation | |
| CN104675521A (en) | Novel gas-steam combined cycle cooling, heating and power generation system | |
| CN102439375A (en) | Heat recovery apparatus | |
| CN106979073A (en) | The system for generating steam and the burning gases of cooling being provided | |
| CN109026400A (en) | A kind of gas turbine engine systems and method using the pre-heating fuel that exchanges heat between grade | |
| CN106224099A (en) | A kind of double fuel cogeneration water filling forward and reverse Gas Turbine Combined-cycle system | |
| CN1206449C (en) | Turnine and its operation method | |
| CN108603441A (en) | Combustion chamber equipment and the system for including the equipment | |
| CN107023392A (en) | Generating equipment with the steam generation extracted via burner gas | |
| EP1091095A2 (en) | Gas turbine system and combined plant comprising the same | |
| JP2013148092A (en) | Liquid fuel heating system | |
| US9181871B2 (en) | Indirectly heated gas turbine system | |
| CN101561182B (en) | Fuel wall hanging stove with generating device | |
| RU2272919C2 (en) | Self-contained electric and thermal energy source | |
| RU2298681C2 (en) | Turbine device and method of its operation | |
| US7647762B2 (en) | Combined apparatus for fluid heating and electrical power generation | |
| WO2012162923A1 (en) | Gas and steam turbine system | |
| CN206319962U (en) | LNG gas turbines with cascade EDFA | |
| EP0982539A1 (en) | Heat recovery | |
| RU2747654C2 (en) | Gas turbine and method of its operation | |
| JP2009293448A (en) | Co-generation apparatus | |
| WO2012162922A1 (en) | Gas and steam turbine system | |
| GB1596069A (en) | Apparatus for generating heat energy for heating purposes by means of a fuel-air mixture | |
| WO1993020344A1 (en) | Method for conversion of thermal energy into mechanical energy in gas-turbine engine and a gas-turbine engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100522 |