RU2364796C1 - Heat supply method and heat supply device - Google Patents
Heat supply method and heat supply device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2364796C1 RU2364796C1 RU2007147860/03A RU2007147860A RU2364796C1 RU 2364796 C1 RU2364796 C1 RU 2364796C1 RU 2007147860/03 A RU2007147860/03 A RU 2007147860/03A RU 2007147860 A RU2007147860 A RU 2007147860A RU 2364796 C1 RU2364796 C1 RU 2364796C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- heat supply
- air
- compressor
- engine
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к области теплоснабжения или снабжения горячей водой в системах централизованного или автономного теплоснабжения.The invention relates to the field of heat supply or hot water supply in centralized or autonomous heating systems.
Известно достаточно много систем теплоснабжения, в которых используется теплота из окружающей среды. Известны также системы теплоснабжения, в которых используется и дополнительно утилизируется теплота, выделяемая механизмами, работающими в этой системе.Quite a lot of heat supply systems are known in which heat from the environment is used. Heat supply systems are also known in which the heat released by the mechanisms operating in this system is used and additionally utilized.
Достаточно часто при утилизации теплоты атмосферного воздуха или других газовых сред используются циклы, в которых производится сжатие газа с помощью компрессора. Чаще всего компрессор работает с помощью электродвигателя.Quite often, when utilizing the heat of atmospheric air or other gaseous media, cycles are used in which gas is compressed using a compressor. Most often, the compressor operates using an electric motor.
Однако известны системы, в которых приводом компрессора является тепловой двигатель.However, systems are known in which the compressor is driven by a heat engine.
Патент US 5253805 "Система теплового насоса с охлаждением изоляции», Consolidated natural Gas Service Company, Inc., F25B 27/00, приоритет, 1992.09.03, дата публикации 1993.10.19. В патенте описана система нагрева и охлаждения жилых или иных помещений путем кондиционирования воздуха. Система, в частности, содержит подсистему нагревания, использующую теплоту окружающего воздуха. Подсистема содержит испаритель, расположенный на открытом воздухе, в котором происходит испарение теплоносителя, как правило фреона, и отбор теплоты от атмосферного воздуха. Далее компрессор сжимает смесь, которая в теплообменнике отдает теплоту воздуху, поставляемому в жилые помещения. Приводом компрессора является тепловой двигатель, двигатель внутреннего сгорания, турбина, двигатель Стирлинга и т.д. В системе кондиционирования может использоваться также теплота системы охлаждения собственно теплового двигателя.Patent US 5253805 "Heat pump system with cooling insulation", Consolidated natural Gas Service Company, Inc., F25B 27/00, priority, 1992.09.03, publication date 1993.10.19. The patent describes a heating and cooling system for residential or other premises by air conditioning.The system, in particular, contains a heating subsystem that uses the heat of ambient air.The subsystem contains an evaporator located in the open air, in which the coolant, usually freon, evaporates and heat is taken from the atmospheric air. heating, which transfers heat to the air supplied to the living quarters.The compressor is driven by a heat engine, an internal combustion engine, a turbine, a Stirling engine, etc. In the air conditioning system, the heat of the cooling system of the heat engine itself can also be used.
Наиболее близкой является система, описанная в патенте US 4735061 «Энергосберегающая система для тепловой машины - привода системы воздушного кондиционирования», F25B 27/00, приоритет, 1987.09.02, дата публикации 1988.04.05.The closest is the system described in patent US 4735061 "Energy-saving system for a heat engine - drive air conditioning system", F25B 27/00, priority, 1987.09.02, publication date 1988.04.05.
В патенте описана система, в которой утилизируется теплота атмосферного воздуха, которая далее используется потребителем. Система утилизации теплоты атмосферного воздуха включает компрессор, конденсатор с теплообменником и испаритель. Приводом компрессора является тепловая машина.The patent describes a system in which the heat of atmospheric air is utilized, which is then used by the consumer. The air heat recovery system includes a compressor, a condenser with a heat exchanger and an evaporator. The compressor is driven by a heat engine.
Тепловая машина используется как привод компрессора. Тепловая машина при своей работе кроме механической энергии выделяет и тепло. В данной системе все тепловые потоки также частично утилизируются. С помощью теплообменника отбирается и далее подается потребителю тепло от системы охлаждения тепловой машины. Тепло выхлопных газов также утилизируется с помощью теплообменников.The heat engine is used as a compressor drive. The heat engine during its operation, in addition to mechanical energy, emits heat. In this system, all heat fluxes are also partially utilized. Using a heat exchanger, heat is taken from the cooling system of the heat engine and then supplied to the consumer. The heat of the exhaust gases is also utilized using heat exchangers.
Несмотря на то, что в выше приведенных системах используется тепло атмосферного воздуха и тепло, выделяемое тепловой машиной, эти тепловые потоки используются недостаточно эффективно.Despite the fact that the above systems use the heat of atmospheric air and the heat generated by the heat engine, these heat flows are not used efficiently.
Заявляемые изобретения решают задачу построения эффективной системы использования теплоты окружающего воздуха в автономных системах теплоснабжения или в системах центрального теплоснабжения.The claimed inventions solve the problem of constructing an effective system for using the heat of ambient air in autonomous heat supply systems or in central heat supply systems.
Изобретения решают техническую задачу по эффективному использованию тепловой энергии атмосферного воздуха в сочетании с тепловой энергией тепловой машины, являющейся приводом компрессора.The invention solves the technical problem of the efficient use of thermal energy of atmospheric air in combination with the thermal energy of a heat engine, which is the compressor drive.
Способ теплоснабжения включает следующие операции: выработку механической энергии посредством работы теплового двигателя и приведение в работу воздушного компрессора с помощью выработанной механической энергии. На вход компрессора подают смесь атмосферного воздуха и выхлопных газов теплового двигателя, а с выхода компрессора сжатую воздушную смесь подают на теплообменник системы теплоснабжения, воспринимающий теплоту от сжатой воздушной смеси. Воздушную смесь, отдавшую теплоту, после теплообменника подают на вход пневмомашины, которая вырабатывает механическую энергию и передает ее также в работу воздушного компрессора, при этом воздушная смесь расширяется до давления близкого к атмосферному и воздушную смесь из компрессора выпускают в атмосферу.The heat supply method includes the following operations: generating mechanical energy through the operation of a heat engine and putting the air compressor into operation using the generated mechanical energy. A mixture of atmospheric air and exhaust gases of a heat engine is fed to the compressor inlet, and a compressed air mixture is supplied to the heat exchanger of the heat supply system, which receives heat from the compressed air mixture, from the compressor output. After the heat exchanger, the air mixture that gave off heat is fed to the inlet of the pneumatic machine, which produces mechanical energy and also transfers it to the air compressor, while the air mixture expands to a pressure close to atmospheric and the air mixture is released into the atmosphere from the compressor.
В данном способе теплоснабжения происходит практически полное использование энергии, выработанной тепловым двигателем. Механическая энергия, выработанная тепловым двигателем, передается компрессору, который включен в открытый контур, состоящий из газового смесителя, компрессора и теплообменника, где утилизируется не только низкопотенциальная тепловая энергия атмосферного воздуха, но и тепловая энергия выхлопа тепловой машины. При этом они используются совместно, в наиболее эффективном сочетании.In this method of heat supply, there is almost complete use of the energy generated by the heat engine. The mechanical energy generated by the heat engine is transferred to the compressor, which is included in the open circuit, consisting of a gas mixer, compressor and heat exchanger, where not only low-potential thermal energy of atmospheric air is utilized, but also the thermal energy of the exhaust of the heat engine. Moreover, they are used together, in the most effective combination.
Кроме того, в данном способе теплоснабжения также используется потенциальная энергия сжатого воздуха, отдавшего свою теплоту в теплообменнике. Остывший воздух под давлением используется для работы пневмомашины, которая является дополнительным механическим приводом компрессора. Таким образом, низкопотенциальная тепловая энергия атмосферного воздуха в сочетании с энергией тепловой машины используется наиболее эффективно.In addition, this heat supply method also uses the potential energy of compressed air that has given up its heat in a heat exchanger. The cooled air under pressure is used to operate the pneumatic machine, which is an additional mechanical drive of the compressor. Thus, the low-potential thermal energy of atmospheric air in combination with the energy of the heat engine is used most efficiently.
Дополнительно, в систему теплоснабжения подается и теплота системы охлаждения теплового двигателя, путем ее подключения к системе теплоснабжения. Смесь атмосферного воздуха и выхлопных газов теплового двигателя может создаваться путем инжектирования.Additionally, the heat of the heat engine cooling system is supplied to the heat supply system by connecting it to the heat supply system. A mixture of atmospheric air and exhaust gases from a heat engine can be created by injection.
Система теплоснабжения может быть выполнена как система жидкостного теплоснабжения.The heat supply system can be implemented as a liquid heat supply system.
Устройство теплоснабжения, выполненное в соответствии со способом, включает тепловой двигатель, воздушный компрессор и пневмомашину, механически соединенные между собой. Вход воздушного компрессора соединен с выходом газового смесителя, один вход которого соединен с выходом выхлопных газов теплового двигателя, другой с атмосферой. Выход воздушного компрессора соединен с теплообменником системы теплоснабжения, воспринимающей теплоту от сжатой воздушной смеси. Выход отдавшей теплоту воздушной смеси теплообменника соединен с входом пневмомашины. И тепловой двигатель и пневмомашина подсоединены к воздушному компрессору соответствующим приводом.A heat supply device made in accordance with the method includes a heat engine, an air compressor and a pneumatic machine, mechanically interconnected. The inlet of the air compressor is connected to the outlet of the gas mixer, one input of which is connected to the exhaust outlet of the heat engine, the other to the atmosphere. The output of the air compressor is connected to a heat exchanger of a heat supply system that receives heat from the compressed air mixture. The outlet of the heat-exchanged air mixture of the heat exchanger is connected to the inlet of the pneumatic machine. Both the heat engine and the air machine are connected to the air compressor by an appropriate drive.
В качестве привода воздушного компрессора от теплового двигателя или от пневмомашины может быть использован механический привод.A mechanical drive can be used as an air compressor drive from a heat engine or from a pneumatic machine.
В качестве привода воздушного компрессора от теплового двигателя или от пневмомашины также может быть использован электрический привод.An electric drive can also be used as an air compressor drive from a heat engine or from a pneumatic machine.
В качестве теплового двигателя может использоваться двигатель внутреннего сгорания или газотурбинный двигатель, а в качестве пневмомашины - турбина. Газовым смесителем может быть инжектор. Система теплоснабжения выполнена как система жидкостного теплоснабжения.An internal combustion engine or a gas turbine engine can be used as a heat engine, and a turbine as a pneumatic machine. The gas mixer may be an injector. The heat supply system is designed as a liquid heat supply system.
Изобретения поясняются схемами. На Фиг.1 приведена схема устройства теплоснабжения, как автономной системы. На Фиг.2 приведена схема устройства теплоснабжения являющейся частью системы центрального теплоснабжения.The invention is illustrated by diagrams. Figure 1 shows a diagram of a heat supply device as an autonomous system. Figure 2 shows a diagram of a heat supply device which is part of a district heating system.
Устройство теплоснабжения (Фиг.1) включает тепловой двигатель 1, воздушный компрессор 2 и пневмомашину 3, механически соединенные между собой приводами 8 и 9. В данном случае двигатель 1, воздушный компрессор 2 и пневмомашина 3 установлены на одном валу. Вход воздушного компрессора 2 соединен с выходом газового смесителя 5, один вход которого соединен с выходом 6 выхлопных газов теплового двигателя 1, другой 7 с атмосферой. Выход воздушного компрессора 2 соединен с теплообменником 4 системы теплоснабжения, воспринимающей теплоту от сжатой воздушной смеси. Выход отдавшей теплоту воздушной смеси теплообменника 4 соединен с входом пневмомашины 3. В качестве теплового двигателя 1 может использоваться двигатель внутреннего сгорания, или двигатель Стирлинга, газотурбинный двигатель и др. В качестве пневмомашины 3 может использоваться турбина или воздушный поршневой двигатель. С теплообменника с помощью жидкостного теплоносителя тепло подается потребителю.The heat supply device (FIG. 1) includes a
В качестве привода воздушного компрессора 2 от теплового двигателя 1 или пневмомашины 3 может использоваться электрический привод, например электрический двигатель, который приводится в действие от генератора, подсоединенного к тепловому двигателю или пневмомашине.As the drive of the
Способ теплоснабжения реализуется следующим образом. Тепловой двигатель 1 за счет теплотворной способности потребляемого топлива вырабатывает механическую мощность, передаваемую компрессору 2 и пневмомашине 3, соединенным с ним механическим приводом. Кроме механической мощности тепловой двигатель 1 производит теплоту, которая отводится от него с выхлопными газами, и если это поршневая машина, то и от «рубашки» охлаждения, жидким теплоносителем системы теплоснабжения (на фигурах не показано).The heat supply method is implemented as follows. The
Компрессор 2 засасывает атмосферный воздух, подогретый за счет смешения с выхлопными газами в газовом смесителе 5, и сжимает его до требуемых с точки зрения эффективного теплообмена параметров, например до температуры 200°С. Сжатый и горячий воздух поступает в теплообменник 4 системы теплоснабжения, где изобарно охлаждается до определяемой условиями теплообмена температуры, например, 100°С.The
В пневмомашине 3 воздух расширяется, совершая внешнюю работу и частично компенсируя энергозатраты на его сжатие в компрессоре 2. При этом температура газа на его выходе из пневмомашины 3 оказывается существенно ниже, чем на входе в компрессор 2, и, как правило, ниже температуры окружающего воздуха.In the
Благодаря этому осуществляется эффективный перенос низкотемпературной теплоты окружающего воздуха и выхлопных газов теплового двигателя 1 на высокий температурный уровень, обеспечивающий ее передачу потребителю.Due to this, the low-temperature heat of the ambient air and exhaust gases of the
Газовый смеситель 5 (инжектор) позволяет изменять соотношение расходов свежего воздуха и выхлопных газов, поступающих в компрессор 2, воздействуя на характеристики устройства и поддерживая оптимальный режим работы при изменении температуры воздуха.The gas mixer 5 (injector) allows you to change the ratio of the flow rate of fresh air and exhaust gas entering the
На Фиг.2 приведен пример реализации способа и устройства в системе водяного центрального теплоснабжения, где теплообменник 4 включен между ветвью возврата воды и блочным теплопунктом 11, который гидравлически развязывает систему центрального теплоснабжения и систему теплоснабжения отдельного дома или группы домов.Figure 2 shows an example implementation of the method and device in a water central heating system, where a
Таким образом, способ и устройство по изобретению могут быть использованы в системе отдельного дома или в условиях централизованного теплоснабжения.Thus, the method and device according to the invention can be used in a separate house system or in district heating.
Более высокая эффективность определяется следующим.Higher efficiency is determined by the following.
А) Отсутствием испарителя, дорогого и сложного устройства и применением всегда доступного «бесплатного» рабочего тела - атмосферного воздуха, в отличие от фреонов, которые являются дорогими и экологически небезопасными веществами. При этом используется и тепловая энергия из атмосферного воздуха.A) The absence of an evaporator, an expensive and complex device and the use of the always available “free” working fluid - atmospheric air, in contrast to freons, which are expensive and environmentally unsafe substances. In this case, thermal energy from atmospheric air is also used.
Б) Более низким требуемым давлением в теплообменнике - охладителе, для получения температуры в 100°С фреон нужно сжимать до давлений 25-30 кг/см2, а воздух до давлений 4-6 кг/см2.B) The lower required pressure in the heat exchanger-cooler, to obtain a temperature of 100 ° C, freon must be compressed to pressures of 25-30 kg / cm 2 and air to pressures of 4-6 kg / cm 2 .
С) Более глубокой утилизацией теплоты выхлопных газов. В аналоге температура выходных газов снижается до температуры 105-120С°, а в заявляемом изобретении до температуры выхода газовой смеси из пневмомашины от -30°С до -70°С, в зависимости от температуры окружающего воздуха и коэффициента смешения в инжекторе.C) Deeper utilization of the heat of exhaust gases. In an analogue, the temperature of the exhaust gases decreases to a temperature of 105-120 ° C, and in the claimed invention to the temperature of the gas mixture from the pneumatic machine from -30 ° C to -70 ° C, depending on the ambient temperature and the mixing ratio in the injector.
Д) Более высокой степенью отбора теплоты от окружающего воздуха, в аналоге воздух охлаждается в испарителе на 3-5°С, а в предлагаемой системе на 30-70°СD) A higher degree of heat removal from the surrounding air, in analogue, the air is cooled in the evaporator at 3-5 ° C, and in the proposed system at 30-70 ° C
Применение данного способа и устройства может быть осуществлено в различных модификациях на основе типовых элементов.The application of this method and device can be carried out in various modifications based on typical elements.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007147860/03A RU2364796C1 (en) | 2007-12-17 | 2007-12-17 | Heat supply method and heat supply device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007147860/03A RU2364796C1 (en) | 2007-12-17 | 2007-12-17 | Heat supply method and heat supply device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2364796C1 true RU2364796C1 (en) | 2009-08-20 |
Family
ID=41151294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007147860/03A RU2364796C1 (en) | 2007-12-17 | 2007-12-17 | Heat supply method and heat supply device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2364796C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2463531C1 (en) * | 2011-01-18 | 2012-10-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Head supply device and rotary expander compressor |
-
2007
- 2007-12-17 RU RU2007147860/03A patent/RU2364796C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2463531C1 (en) * | 2011-01-18 | 2012-10-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Head supply device and rotary expander compressor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10965191B2 (en) | Thermodynamic system for storing/producing electrical energy | |
| US6745574B1 (en) | Microturbine direct fired absorption chiller | |
| CN100353036C (en) | Refrigeration power plant | |
| RU2215165C2 (en) | Method of regeneration of heat of exhaust gases in organic energy converter by means of intermediate liquid cycle (versions) and exhaust gas heat regeneration system | |
| US5678401A (en) | Energy supply system utilizing gas and steam turbines | |
| US20100146930A1 (en) | Low Grade Heat Recovery System for Turbine Air Inlet | |
| EP1760275A1 (en) | Highly efficient heat cycle device | |
| JPH07224679A (en) | Compressed air energy storage method and system | |
| WO2008024833B1 (en) | A combined cycle system for gas turbines and reciprocating engines and a method for the use of air as working fluid in combined cycle power plants | |
| CN202194726U (en) | Distributed cooling-heating power combined supply system | |
| CN101140116A (en) | Waste fume using and waste heat recovery type thermoelectric cold cogeneration technology | |
| RU2487305C1 (en) | Trigeneration plant based on microturbine motor | |
| WO2008139527A1 (en) | Power supply facility for natural gas liquefaction plant, system and method for control of the power supply facility, and natural gas liquefaction plant | |
| EP1628091A3 (en) | Air conditioning system combined with an electricity generating system | |
| CN102136778A (en) | Generator and heat pump compound device | |
| RU2364796C1 (en) | Heat supply method and heat supply device | |
| RU2440504C1 (en) | Cogeneration plant with internal combustion engine and stirling engine | |
| KR101315918B1 (en) | Organic rankine cycle for using low temperature waste heat and absorbtion type refrigerator | |
| RU159686U1 (en) | THERMAL SCHEME OF TRIGENERATION MINI-CHP | |
| RU101104U1 (en) | COMBINED ENERGY SYSTEM | |
| US20210025372A1 (en) | Meshod and device to produce alternative energy based on strong compression of atmospheric air | |
| JP2002089366A (en) | Cogeneration system | |
| CN2697328Y (en) | Mixed circulation energy source equipment | |
| CN102486099A (en) | Method and device for generating mechanical energy by using single hot source | |
| GB2447948A (en) | Gas compression heat extraction system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151218 |