RU2582536C1 - Trigeneration cycle and device therefor - Google Patents

Trigeneration cycle and device therefor Download PDF

Info

Publication number
RU2582536C1
RU2582536C1 RU2014149719/06A RU2014149719A RU2582536C1 RU 2582536 C1 RU2582536 C1 RU 2582536C1 RU 2014149719/06 A RU2014149719/06 A RU 2014149719/06A RU 2014149719 A RU2014149719 A RU 2014149719A RU 2582536 C1 RU2582536 C1 RU 2582536C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
refrigerant
heat
coolant
evaporator
external
Prior art date
Application number
RU2014149719/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Викторович Жаров
Александр Анатольевич Павлов
Иван Владелинович Костылев
Леонид Владимирович Смирнов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования) "Ярославский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "ЯГТУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования) "Ярославский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "ЯГТУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования) "Ярославский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "ЯГТУ")
Priority to RU2014149719/06A priority Critical patent/RU2582536C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2582536C1 publication Critical patent/RU2582536C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: present invention relates to heat power engineering and can be used as devices for simultaneous generation of heat, cold and electricity. Disclosed trigeneration cycle, as well as a device for its implementation can be used in energy generation during combined heat, electricity and cold generation. Composition of working fluid includes only one refrigerant which is vaporised and superheated by an external heat source. After evaporation and superheating of external heat source refrigerant vapour is expanded with production of mechanical power to a temperature above its condensation from external coolants. Said fluid is then condensed by an external coolant to a liquid state and then liquid refrigerant is throttled to lower pressure and temperature of coolant and its subsequent evaporation with production of cold. Refrigerant vapour is then formed with temperature below external coolant and then said vapour is compressed to pressure and temperature, allowing it to condense on external heat transfer with transfer of released heat energy. After condensation, liquid refrigerant is fed back to evaporator, whereby loop is closed.
EFFECT: use of trigeneration cycle and installation for its implementation will improve efficiency of generation of heat, electricity and cold with use of said heat of combustion of any carbon-containing fuel and fuel from renewable sources, geothermal energy, non-recycled low potential energy of large thermal power plants and cogeneration plants based on internal combustion engines.
2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области теплоэнергетического машиностроения и может быть использовано в качестве устройств для одновременной генерации тепла, холода и электроэнергии.The present invention relates to the field of thermal power engineering and can be used as devices for the simultaneous generation of heat, cold and electricity.

Теплоэнергетические устройства, одновременно генерирующие тепловую и электрическую энергии, а также холод, называются тригенерационными. Соответственно рабочий цикл указанных теплоэнергетических устройств называется тригенерационным. Также в этом случае для обобщения процессов одновременной выработки тепловой и электрической энергий, а также холода применяется термин тригенерация.Thermal energy devices that simultaneously generate thermal and electric energy, as well as cold, are called trigeneration ones. Accordingly, the duty cycle of these heat power devices is called trigeneration. Also in this case, the term trigeneration is used to generalize the processes of simultaneous generation of thermal and electric energies, as well as cold.

В настоящее время известна тригенерационная установка, содержащая соединенные каждая со своим электрогенератором газотурбинную и паротурбинную установки с рабочими телами, включенными в общий парогазовый цикл, и парокомпрессорную теплонасосную установку [Патент РФ №2530971, МПК F01K 23/06]. Функционально, рассматриваемая тригенерационная установка вырабатывает при помощи газотурбинной и паротурбинной установки электрическую энергии, а при помощи парокомпрессионной теплонасосной установки - тепловую энергию и холод. К недостаткам рассматриваемой тригенерационной установки следует отнести то, что здесь для выработки тепла или холода требуется наличие теплонасосной установки, которая представляет собой парокомпрессионную холодильную машину. Тогда в рассматриваемой тригенерационной установке реализуются фактически два связанных друг с другом термодинамических цикла: цикл парогазовой установки и парокомпрессионный цикл теплонасосной установки.At present, a trigeneration unit is known, comprising each gas turbine and steam turbine units connected to its electric generator with working fluids included in a common gas cycle, and a steam compressor heat pump installation [RF Patent No. 2530971, IPC F01K 23/06]. Functionally, the considered trigeneration plant generates electric energy with the help of a gas turbine and steam turbine installation, and with the help of a steam compression heat pump installation it generates thermal energy and cold. The disadvantages of the considered trigeneration plant include the fact that here, to generate heat or cold, the presence of a heat pump installation, which is a vapor compression refrigeration machine, is required. Then, in the considered trigeneration plant, two actually connected thermodynamic cycles are realized: the cycle of the combined cycle plant and the vapor compression cycle of the heat pump installation.

Известен также принцип тригенерации (выбранный за прототип), заключающийся в следующем: в выпаривании хладагента из крепкого раствора при повышенных температуре и давлении с образованием потока нагретого пара хладагента и потока слабого раствора, расширением потока нагретого пара хладагента с производством работы и образованием отработанного пара, конденсации пара хладагента с передачей выделяющейся при этом тепловой энергии внешнему теплоносителю и образованием жидкого хладагента, расширением жидкого хладагента и его испарением с образованием холодильного эффекта, а также абсорбцию пара хладагента пониженной температуры и пониженного давления в предварительно охлажденном слабом растворе с образованием крепкого раствора, повышением давления крепкого раствора и его нагреванием перед выпариванием, нагретый пар хладагента после выпаривания разделяется на два потока, один из которых расширяется с производством работы, а другой конденсируется и используется для производства холода или тепловой энергии, причем поток пара хладагента после его расширения с производством работы и поток пара пониженного давления и температуры, полученный при испарении хладагента с образованием холодильного эффекта, абсорбируются с использованием общего слабого раствора и образованием крепкого раствора, включающих в себя хладагенты указанных выше потоков [Патент РФ №2529917, МПК F25B 30/04, F25B 15/04, F01K 25/06].The principle of trigeneration is also known (selected for the prototype), which consists in the following: evaporation of the refrigerant from a strong solution at elevated temperature and pressure with the formation of a stream of heated refrigerant vapor and a stream of a weak solution, expansion of the flow of heated refrigerant vapor with work and the formation of exhaust steam, condensation refrigerant vapor with the transfer of thermal energy released in this case to the external coolant and the formation of liquid refrigerant, expansion of the liquid refrigerant and its evaporation with the formation of a refrigerating effect, as well as the absorption of refrigerant vapor of reduced temperature and reduced pressure in a pre-cooled weak solution with the formation of a strong solution, increasing the pressure of the strong solution and heating it before evaporation, the heated refrigerant vapor after evaporation is divided into two streams, one of which expands with production work, and the other is condensed and used to produce cold or thermal energy, and the flow of refrigerant vapor after it expands to produce During operation, the vapor stream of reduced pressure and temperature obtained by evaporating the refrigerant with the formation of a refrigerating effect is absorbed using a common weak solution and the formation of a strong solution, including refrigerants of the above flows [RF Patent No. 2529917, IPC F25B 30/04, F25B 15/04, F01K 25/06].

Известно также устройство (выбранное за прототип) для преобразования тепловой энергии в электричество, теплоту повышенного потенциала и холод [Патент РФ №2529917, МПК F25B 30/04, F25B 15/04, F01K 25/06]. Устройство для преобразования тепловой энергии в электричество, теплоту повышенного потенциала и холод содержит бойлер с сепаратором для выпаривания хладагента и его отделения от раствора, тепловой двигатель, подключенный трубопроводами к сепаратору, конденсатор, испаритель с расширительным вентилем, абсорбер, насос для повышения давления раствора и его циркуляции, регенеративный теплообменник. К недостаткам рассматриваемого устройства для преобразования тепловой энергии в электричество, теплоту повышенного потенциала и холод следует отнести то, что она в свой состав включает сепаратор для разделения хладагента и раствора, который является достаточно сложным и нестабильно работающим устройством. А также к недостаткам рассматриваемого устройства для преобразования тепловой энергии в электричество, теплоту повышенного потенциала и холод для своей работы относится то, что хладагент, полученный в бойлере, имеющий термодинамические параметры (высокое давление и температуру), необходимые для его последующего эффективного расширения с совершением работы в тепловом двигателе, по параллельно подключенному к тепловому двигателю трубопроводу направляется в конденсатор, который при этом должен обладать значительными размерами для осуществления гарантированной конденсации пара хладагента.Also known is a device (selected as a prototype) for converting thermal energy into electricity, heat of increased potential and cold [RF Patent No. 2529917, IPC F25B 30/04, F25B 15/04, F01K 25/06]. A device for converting thermal energy into electricity, heat of increased potential and cold contains a boiler with a separator for evaporating the refrigerant and its separation from the solution, a heat engine connected by pipelines to the separator, a condenser, an evaporator with an expansion valve, an absorber, a pump to increase the pressure of the solution and its circulation, regenerative heat exchanger. The disadvantages of this device for converting thermal energy into electricity, heat of increased potential and cold include the fact that it includes a separator for separating refrigerant and solution, which is a rather complex and unstable device. Also, the disadvantages of the device under consideration for converting thermal energy into electricity, heat of increased potential and cold for its operation include the fact that the refrigerant obtained in the boiler has thermodynamic parameters (high pressure and temperature) necessary for its subsequent effective expansion with the completion of work in a heat engine, through a pipe connected in parallel to a heat engine, it is sent to a capacitor, which in this case must have significant dimensions for the wasp estvleniya guaranteed condensing refrigerant vapor.

Задачей изобретения является разработка тригенерационного цикла и устройства для его осуществления, которые лишены вышеуказанных недостатков.The objective of the invention is to develop a triggering cycle and a device for its implementation, which are devoid of the above disadvantages.

Поставленная задача решается следующим образом: тригенерационный цикл, включающий в себя расширение потока пара хладагента в тепловом двигателе с выработкой в нем механической энергии, конденсацию пара хладагента с образованием жидкого хладагента и передачей выделяющейся при этом тепловой энергии внешнему теплоносителю, дросселированием жидкого хладагента и его последующим испарением в испарителе с выработкой холода, при этом в состав рабочего тела входит только один хладагент, который испаряется и перегревается от внешнего источника теплоты, после испарения и перегрева от внешнего источника теплоты пар хладагента расширяется с выработкой механической работы до температуры, превышающей температуру его конденсации от внешних теплоносителей, затем он конденсируется от внешнего теплоносителя до жидкого состояния и далее дросселируется жидкий хладагент со снижением давления и температуры хладагента и последующим его испарением с выработкой холода, при этом образуется пар хладагента с температурой ниже температур внешних теплоносителей, и далее сжимается этот пар до давления и температуры, позволяющих его сконденсировать от внешних теплоносителей с передачей им выделяющейся при этом тепловой энергии, после конденсации жидкий хладагент подается обратно к испарителю, в результате чего цикл замыкается.The problem is solved as follows: the triggering cycle, which includes the expansion of the flow of refrigerant vapor in a heat engine with the generation of mechanical energy in it, condensation of the refrigerant vapor with the formation of liquid refrigerant and the transfer of thermal energy generated in this case to the external coolant, throttling of the liquid refrigerant and its subsequent evaporation in the evaporator with the production of cold, while the working fluid contains only one refrigerant, which evaporates and overheats from an external source heat, after evaporation and overheating from an external heat source, the refrigerant vapor expands with mechanical work to a temperature exceeding its condensation temperature from external coolants, then it condenses from the external coolant to a liquid state and then the liquid refrigerant is throttled with a decrease in pressure and temperature of the refrigerant and its subsequent evaporation with the production of cold, in this case, refrigerant vapor is formed with a temperature below the temperatures of the external coolants, and then this vapor is compressed p to pressure and temperature, allowing it to condense from external coolants with the transfer of thermal energy released to them, after condensation, the liquid refrigerant is fed back to the evaporator, as a result of which the cycle closes.

Устройство для осуществления тригенерационного цикла, содержащее тепловой двигатель, соединенный с электрогенератором, конденсатор, трубопроводы для циркуляции хладагента, расширительный вентиль, испаритель, питающий насос жидкого хладагента, гидролинии теплоносителя, гидролинии низкотемпературного теплоносителя, дополнительно содержит нагреватель, циркуляционный насос теплоносителя, эжектор, дополнительный конденсатор, дополнительный испаритель, трехходовой кран, при этом циркуляционный насос теплоносителя последовательно соединен по гидролиниям теплоносителя с нагревателем и испарителем, питающий насос жидкого хладагента по трубопроводу для циркуляции хладагента подает жидкий хладагент к испарителю, после которого хладагент в парообразном состоянии подается к тепловому двигателю, соединенному с электрогенератором, и далее - в конденсатор, после конденсатора жидкий хладагент по трубопроводу для циркуляции хладагента подводится к расширительному вентилю, где дросселируется, и далее хладагент в жидком виде поступает к дополнительному испарителю, после которого пар хладагента сжимается в эжекторе за счет энергии пара хладагента, подводимого к эжектору от испарителя по трубопроводу для циркуляции хладагента, после эжектора сжатый пар хладагента по трубопроводу для циркуляции хладагента подводится к дополнительному конденсатору, после которого жидкий хладагент подводится по трубопроводу для циркуляции хладагента к трехходовому крану, соединяющему конденсатор и питающий насос жидкого хладагента, к конденсатору и дополнительному конденсатору по гидролиниям теплоносителя подводится нагреваемый теплоноситель, к дополнительному испарителю подводится по гидролинии теплоносителя низкотемпературный теплоноситель.A device for carrying out a triggering cycle, comprising a heat engine connected to an electric generator, a condenser, pipelines for circulating the refrigerant, an expansion valve, an evaporator, a liquid refrigerant feed pump, a coolant fluid line, a low-temperature coolant fluid line, further comprises a heater, a coolant circulation pump, an ejector , an additional evaporator, a three-way valve, while the coolant circulation pump in series with Dinene along the coolant lines with a heater and an evaporator, the liquid refrigerant feed pump through the pipeline for circulation of the refrigerant delivers liquid refrigerant to the evaporator, after which the refrigerant in the vapor state is supplied to the heat engine connected to the electric generator, and then to the condenser, after the condenser, the liquid refrigerant the pipeline for circulation of the refrigerant is fed to the expansion valve, where it is throttled, and then the refrigerant in liquid form enters the additional evaporator, after which of the refrigerant vapor is compressed in the ejector due to the energy of the refrigerant vapor supplied to the ejector from the evaporator through the pipeline for refrigerant circulation, after the ejector, the compressed refrigerant vapor through the pipeline for refrigerant circulation is supplied to an additional condenser, after which the liquid refrigerant is supplied through the pipeline for three refrigerant circuits to the valve connecting the condenser and the liquid refrigerant feed pump, the condenser and the additional condenser are connected to the condenser through the coolant lines grevaemy coolant, to the additional evaporator is fed by hydraulic lines coolant low-temperature coolant.

На фиг. 1 изображен тригенерационный цикл в системе координат, представляющей собой функцию давления ρ (шкала логарифмическая) от энтальпии - lg(ρ)=f(i).In FIG. Figure 1 shows the triggering cycle in the coordinate system, which is a function of pressure ρ (logarithmic scale) versus enthalpy - log (ρ) = f (i).

Схема устройства, реализующего тригенерационный цикл, изображена на фиг. 2.A diagram of a device implementing a triggering cycle is depicted in FIG. 2.

На фиг. 1 представлены следующие процессы изменения состояния хладагента.In FIG. 1 shows the following processes of changing the state of the refrigerant.

1-2′ - процесс расширения пара хладагента в тепловом двигателе с выработкой механической работы.1-2 ′ - the process of expansion of the refrigerant vapor in a heat engine with the development of mechanical work.

2′-3′ - процесс конденсации пара хладагента в конденсаторе с передачей выделяющейся при этом теплоты внешнему теплоносителю.2′-3 ′ is the process of condensation of the refrigerant vapor in the condenser with the transfer of the heat generated in this case to the external heat carrier.

3′-4′ - процесс в расширительном вентиле.3′-4 ′ is the process in the expansion valve.

4′-5 - процесс испарения хладагента в дополнительном испарителе с выработкой холода и передачей холода низкотемпературному теплоносителю.4′-5 - the process of evaporation of the refrigerant in an additional evaporator with the development of cold and transfer of cold to a low-temperature coolant.

5-2 - процесс сжатия пара хладагента в паровом эжекторе.5-2 is a process of compressing refrigerant vapor in a steam ejector.

2-3 - процесс конденсации пара хладагента в дополнительном конденсаторе с передачей выделяющейся при этом теплоты внешнему теплоносителю.2-3 - the process of condensation of refrigerant vapor in an additional condenser with the transfer of the heat generated in this case to the external coolant.

3-4 и 3′-4 - процесс сжатия жидкого хладагента в питающем насосе жидкого хладагента.3-4 and 3′-4 — The process of compressing a liquid refrigerant in a liquid refrigerant feed pump.

4-1 - процесс нагрева, испарения и перегрева хладагента в испарителе.4-1 - the process of heating, evaporation and overheating of the refrigerant in the evaporator.

Устройство, реализующее тригенерационный цикл (фиг. 2), содержит циркуляционный насос теплоносителя 1; нагреватель 2; конденсатор 4; питающий насос жидкого хладагента 5; трубопроводы для циркуляции хладагента 6, 9, 10, 11, 12, 18, 19, 23; тепловой двигатель 7, соединенный с электрогенератором 8; конденсатор 24; расширительный вентиль 13; дополнительный испаритель 14; эжектор 15; дополнительный конденсатор 16; трехходовой кран 17; гидролинии низкотемпературного теплоносителя 20; гидролинии теплоносителя 3, 21, 22.A device that implements the trigeneration cycle (Fig. 2), contains a circulation pump of the coolant 1; heater 2; capacitor 4; liquid refrigerant feed pump 5; pipelines for circulation of the refrigerant 6, 9, 10, 11, 12, 18, 19, 23; a heat engine 7 connected to an electric generator 8; capacitor 24; expansion valve 13; additional evaporator 14; ejector 15; additional capacitor 16; three-way valve 17; low temperature fluid lines 20; fluid carrier lines 3, 21, 22.

Реализацию тригенерационного цикла поясним при помощи устройства, реализующего тригенерационный цикл, представленного на фиг. 2. Устройство для реализации тригенерационного цикла работает следующим образом. Нагреватель, представляющий собой устройство для сжигания органического топлива (например, твердотопливный котел), вырабатывает тепловую энергию, которая от него передается теплоносителю. Теплоноситель к нагревателю подводится по гидролиниям теплоносителя 3 при помощи циркуляционного насоса теплоносителя 1. От нагревателя 2 нагретый теплоноситель циркуляционным насосом 1 по гидролинии теплоносителя 3 подается к испарителю 4. В испарителе 4 тепловая энергия, вырабатываемая нагревателем 2, передается хладагенту. В свою очередь, хладагент к испарителю 4 подводится по трубопроводу для циркуляции хладагента 19 питающим насосом жидкого хладагента 5. Следует отметить, что в качестве хладагента может использоваться фреон, например R134a. В испарителе 4 хладагент нагревается, испаряется и перегревается, например, до температуры 80°C и давления 2 МПа, что соответствует процессу 4-1 на фиг. 1. От испарителя 4 пар хладагента по трубопроводу для циркуляции хладагента 6 поступает к тепловому двигателю 7, в котором расширяется с выработкой механической работы (процесс 1-2′ на фиг. 1). В тепловом двигателе 7 пар хладагента расширяется, например, до давления 0,8 МПа и температуры 40°C. Механическая работа, вырабатываемая тепловым двигателем 7 при помощи электрогенератора 8, соединенного с ним, преобразуется в электрическую энергию. После теплового двигателя 7 пар хладагента по трубопроводу для циркуляции хладагента 9 подводится к конденсатору 24, в котором конденсируется, что соответствует процессу 2′-3′ на фиг. 1. Теплота, которая выделяется в результате конденсации хладагента в конденсаторе 24, передается теплоносителю, подводимому к нему от внешней сети по гидролинии теплоносителя 21. После конденсатора 24 нагретый теплоноситель по гидролинии теплоносителя 21 направляется к внешним потребителям тепловой энергии. Жидкий хладагент после конденсатора 24 поступает в трубопровод для циркуляции хладагента 10. Дальнейшим характером движения хладагента управляет трехходовой кран 17, установленный между трубопроводом для циркуляции хладагента 12 и 18. Отметим, что трехходовой кран 17 может перекрывать трубопровод для циркуляции хладагента 11 или 12. В случае если выработка холода не нужна, например в холодный период, трехходовым краном перекрывается трубопровод для циркуляции хладагента 11, тогда хладагент от конденсатора 24 по трубопроводу для циркуляции хладагента 10 поступает в трубопровод для циркуляции хладагента 12 и далее к питающему насосу жидкого хладагента 5, который подает жидкий хладагент к испарителю 4, что соответствует процессу 3′-4 на фиг. 1. В рассматриваемом случае перекрытия трехходовым краном 17 трубопровода для циркуляции хладагента 11 согласно фиг. 1 реализуется замкнутый цикл: 1-2′-3′-4-1. Цикл 1-2′-3′-4-1 (фиг. 1) представляет собой органический цикл Ренкина. В случае реализации цикла 1-2′-3′-4-1 установкой для реализации тригенерационного цикла (фиг. 2) вырабатывается только тепловая и электрическая энергия. При необходимости выработки холода (на технологические нужды, кондиционирование) трехходовым краном 17 перекрывают трубопровод для циркуляции хладагента 12. В результате перекрытия трехходовым краном 17 трубопровода для циркуляции хладагента 12 последний в жидком виде от конденсатора 24 поступает к расширительному вентилю 13, где снижаются его давление и температура, что соответствует процессу 3′-4′ на фиг. 1. После расширительного вентиля 13 хладагент поступает в дополнительный испаритель 14. В дополнительном испарителе 14 хладагент испаряется с выработкой холода, что соответствует процессу 4′-5 на фиг. 1. При этом температура хладагента в дополнительном испарителе 14 снижается, например, до -30°C. Через дополнительный испаритель 14 по гидролинии низкотемпературного теплоносителя 20 циркулирует низкотемпературный теплоноситель. Низкотемпературному теплоносителю в дополнительном испарителе 14 передается тепловая энергия в виде холода и далее по гидролинии низкотемпературного теплоносителя 20 он передается потребителям. После дополнительного испарителя 14 пар хладагента поступает в эжектор 15, где сжимается за счет энергии пара хладагента, подводимого к нему по трубопроводу для циркуляции хладагента 23, что соответствует процессу 5-2 на фиг. 1. В эжекторе 15 давление пара хладагента повышается, например, до 0,7 МПа, а температура - до 35°C. Эжектором 15 пар хладагента подается в дополнительный конденсатор 16, в котором в результате процесса конденсации (процесс 2-3 на фиг. 1) выделяющаяся тепловая энергия передается теплоносителю. В свою очередь, теплоноситель к дополнительному конденсатору 16 подводится по гидролинии теплоносителя 22. По гидролинии теплоносителя 22 нагретый теплоноситель передает тепловую энергию далее потребителям тепловой энергии. После дополнительного конденсатора 16 жидкий хладагент по трубопроводу для циркуляции хладагента 11 поступает к трехходовому крану 17 и далее - в трубопровод для циркуляции хладагента 18 и затем к питающему насосу жидкого хладагента 5. Питающий насос жидкого хладагента 5 подает жидкий хладагент к испарителю 4, что соответствует процессу 3-4 на фиг. 1. Таким образом, тригенерационный цикл согласно фиг. 1 состоит из следующих процессов: 1-2′-3′-4′-5-2-3-4-1.We will explain the implementation of the triggering cycle using the device that implements the triggering cycle, shown in FIG. 2. A device for implementing the triggering cycle works as follows. A heater, which is a device for burning fossil fuels (for example, a solid fuel boiler), generates thermal energy, which is transferred from it to the coolant. The coolant to the heater is supplied through the hydraulic lines of the coolant 3 using the circulation pump of the coolant 1. From the heater 2, the heated coolant is circulated by the circulation pump 1 through the coolant line 3 to the evaporator 4. In the evaporator 4, the thermal energy generated by heater 2 is transferred to the refrigerant. In turn, the refrigerant to the evaporator 4 is supplied through a pipeline for circulation of the refrigerant 19 by the feed pump of the liquid refrigerant 5. It should be noted that freon, for example R134a, can be used as the refrigerant. In the evaporator 4, the refrigerant is heated, evaporated and overheated, for example, to a temperature of 80 ° C and a pressure of 2 MPa, which corresponds to process 4-1 in FIG. 1. From the evaporator 4 pairs of refrigerant through the pipeline for circulation of the refrigerant 6 enters the heat engine 7, which expands with the generation of mechanical work (process 1-2 ′ in Fig. 1). In a heat engine 7, the refrigerant vapor expands, for example, to a pressure of 0.8 MPa and a temperature of 40 ° C. The mechanical work produced by the heat engine 7 by means of an electric generator 8 connected to it is converted into electrical energy. After the heat engine 7, the refrigerant vapor is piped to the condenser 24, in which it condenses, which corresponds to the process 2′-3 ′ in FIG. 1. The heat that is released as a result of condensation of the refrigerant in the condenser 24 is transferred to the coolant supplied to it from the external network via the coolant line 21. After the condenser 24, the heated coolant is sent to the external heat consumers through the coolant line 21. The liquid refrigerant after the condenser 24 enters the pipeline for circulation of the refrigerant 10. The further nature of the movement of the refrigerant is controlled by a three-way valve 17 installed between the pipeline for the circulation of the refrigerant 12 and 18. Note that the three-way valve 17 can block the pipeline for the circulation of the refrigerant 11 or 12. In the case of if the production of cold is not needed, for example during the cold period, the pipeline for circulation of the refrigerant 11 is closed by a three-way valve, then the refrigerant from the condenser 24 through the pipeline for circulation of the refrigerant Gent 10 enters the conduit 12 for circulating a coolant and further to the supply of liquid coolant pump 5 which supplies liquid refrigerant to the evaporator 4, which corresponds to the 3'-4 process of FIG. 1. In the case under consideration, the three-way valve 17 closes the pipeline for circulation of the refrigerant 11 according to FIG. 1 a closed cycle is realized: 1-2′-3′-4-1. Cycle 1-2′-3′-4-1 (Fig. 1) is an organic Rankine cycle. In the case of the implementation of the cycle 1-2′-3′-4-1 installation for the implementation of the triggering cycle (Fig. 2) produces only thermal and electrical energy. If it is necessary to generate cold (for technological needs, conditioning), a three-way valve 17 closes the pipeline for circulation of refrigerant 12. As a result of the three-way valve 17 closes the pipeline for circulation of refrigerant 12, the latter in liquid form from the condenser 24 enters the expansion valve 13, where its pressure decreases and temperature, which corresponds to the process 3′-4 ′ in FIG. 1. After the expansion valve 13, the refrigerant enters the additional evaporator 14. In the additional evaporator 14, the refrigerant evaporates to generate cold, which corresponds to process 4′-5 in FIG. 1. In this case, the temperature of the refrigerant in the additional evaporator 14 is reduced, for example, to -30 ° C. A low temperature coolant circulates through an additional evaporator 14 through the hydraulic line of the low-temperature coolant 20. Thermal energy is transferred to the low-temperature coolant in an additional evaporator 14 in the form of cold, and then it is transferred to consumers through the hydraulic line of the low-temperature coolant 20. After an additional evaporator 14, the refrigerant vapor enters the ejector 15, where it is compressed by the energy of the refrigerant vapor supplied to it through the pipeline for circulation of the refrigerant 23, which corresponds to process 5-2 in FIG. 1. In the ejector 15, the pressure of the refrigerant vapor rises, for example, to 0.7 MPa, and the temperature to 35 ° C. The ejector 15 of refrigerant vapor is supplied to an additional condenser 16, in which, as a result of the condensation process (process 2-3 in Fig. 1), the released heat energy is transferred to the coolant. In turn, the coolant to the additional condenser 16 is supplied through the hydraulic line of the coolant 22. On the hydraulic line of the coolant 22, the heated coolant transfers thermal energy further to consumers of thermal energy. After the additional condenser 16, the liquid refrigerant through the pipeline for circulating the refrigerant 11 enters the three-way valve 17 and then into the pipeline for circulating the refrigerant 18 and then to the liquid refrigerant feed pump 5. The liquid refrigerant feed pump 5 delivers the liquid refrigerant to the evaporator 4, which corresponds to the process 3-4 in FIG. 1. Thus, the triggering cycle according to FIG. 1 consists of the following processes: 1-2′-3′-4′-5-2-3-4-1.

Заявляемый тригенерационный цикл, а также устройство для его реализации могут быть использованы в энергетике при комплексной генерации тепловой, электрической энергий и холода. Применение тригенерационного цикла и установки для его реализации позволит повысить эффективность выработки тепловой, электрической энергий и холода с использованием для этого теплоты сгорания любого углеродсодержащего топлива, топлива из возобновляемых источников, геотермальной энергии, неутилизированной низкопотенциальной энергии крупных ТЭЦ и когенерационных установок на базе двигателей внутреннего сгорания.The inventive triggering cycle, as well as a device for its implementation can be used in the energy sector with the integrated generation of thermal, electrical energy and cold. The use of the triggering cycle and the installation for its implementation will increase the efficiency of generating heat, electricity and cold using the heat of combustion of any carbon-containing fuel, fuel from renewable sources, geothermal energy, unused low potential energy of large thermal power plants and cogeneration plants based on internal combustion engines.

Claims (2)

1. Тригенерационный цикл, включающий в себя расширение потока пара хладагента в тепловом двигателе с выработкой в нем механической энергии, конденсацию пара хладагента с образованием жидкого хладагента и передачей выделяющейся при этом тепловой энергии внешнему теплоносителю, дросселированием жидкого хладагента и его последующим испарением в испарителе с выработкой холода, отличающийся тем, что в состав рабочего тела входит только один хладагент, который испаряется и перегревается от внешнего источника теплоты, после испарения и перегрева от внешнего источника теплоты пар хладагента расширяется с выработкой механической работы до температуры, превышающей температуру его конденсации от внешних теплоносителей, затем он конденсируется от внешнего теплоносителя до жидкого состояния и далее дросселируется жидкий хладагент со снижением давления и температуры хладагента и последующим его испарением с выработкой холода, при этом образуется пар хладагента с температурой ниже температур внешних теплоносителей, и далее сжимается этот пар до давления и температуры, позволяющих его сконденсировать от внешних теплоносителей с передачей им выделяющейся при этом тепловой энергии, после конденсации жидкий хладагент подается обратно к испарителю, в результате чего цикл замыкается.1. The trigeneration cycle, which includes the expansion of the flow of refrigerant vapor in a heat engine with the generation of mechanical energy in it, condensation of the refrigerant vapor with the formation of liquid refrigerant and the transfer of thermal energy generated in this case to the external coolant, throttling of the liquid refrigerant and its subsequent evaporation in the evaporator to generate cold, characterized in that the composition of the working fluid includes only one refrigerant, which evaporates and overheats from an external source of heat, after evaporation and heating from an external source of heat of refrigerant vapor expands with the development of mechanical work to a temperature exceeding the temperature of its condensation from external coolants, then it condenses from an external coolant to a liquid state and then the liquid refrigerant is throttled with a decrease in pressure and temperature of the refrigerant and its subsequent evaporation with the development of cold in this case, refrigerant vapor is formed with a temperature below the temperatures of the external coolants, and then this vapor is compressed to pressure and temperature, allowing yayuschih condense it from external heat transfer with the transfer of released during this thermal energy, the liquid refrigerant, after condensation, is fed back to the evaporator, whereby the loop is closed. 2. Устройство для осуществления тригенерационного цикла, содержащее тепловой двигатель, соединенный с электрогенератором, конденсатор, трубопроводы для циркуляции хладагента, расширительный вентиль, испаритель, питающий насос жидкого хладагента, гидролинии теплоносителя, гидролинии низкотемпературного теплоносителя, отличающееся тем, что содержит нагреватель, циркуляционный насос теплоносителя, эжектор, дополнительный конденсатор, дополнительный испаритель, трехходовой кран, при этом циркуляционный насос теплоносителя последовательно соединен по гидролиниям теплоносителя с нагревателем и испарителем, питающий насос жидкого хладагента по трубопроводу для циркуляции хладагента подает жидкий хладагент к испарителю, после которого хладагент в парообразном состоянии подается к тепловому двигателю, соединенному с электрогенератором, и далее - в конденсатор, после конденсатора жидкий хладагент по трубопроводу для циркуляции хладагента подводится к расширительному вентилю, где дросселируется, и далее хладагент в жидком виде поступает к дополнительному испарителю, после которого пар хладагента сжимается в эжекторе за счет энергии пара хладагента, подводимого к эжектору от испарителя по трубопроводу для циркуляции хладагента, после эжектора сжатый пар хладагента по трубопроводу для циркуляции хладагента подводится к дополнительному конденсатору, после которого жидкий хладагент подводится по трубопроводу для циркуляции хладагента к трехходовому крану, соединяющему конденсатор и питающий насос жидкого хладагента, к конденсатору и дополнительному конденсатору по гидролиниям теплоносителя подводится нагреваемый теплоноситель, к дополнительному испарителю подводится по гидролинии теплоносителя неизкотемпературный теплоноситель. 2. A device for carrying out a triggering cycle, comprising a heat engine connected to an electric generator, a condenser, pipelines for circulating the refrigerant, an expansion valve, an evaporator, a liquid refrigerant feed pump, a heat transfer fluid line, a low temperature fluid transfer line, characterized in that it contains a heater, a heat transfer pump , ejector, additional condenser, additional evaporator, three-way valve, while the coolant circulation pump is followed it is connected to the heater and the evaporator via hydraulic lines, the liquid refrigerant feed pump delivers liquid refrigerant to the evaporator through a pipeline for circulation of the refrigerant, after which the refrigerant in the vapor state is supplied to the heat engine connected to the electric generator, and then to the condenser, after the condenser, the liquid refrigerant through the pipeline for circulation of the refrigerant is supplied to the expansion valve, where it is throttled, and then the refrigerant in liquid form enters the additional evaporator, after which the refrigerant vapor is compressed in the ejector due to the energy of the refrigerant vapor supplied to the ejector from the evaporator through the refrigerant circulation pipe, after the ejector, the compressed refrigerant vapor through the refrigerant circulation pipe is supplied to an additional condenser, after which the liquid refrigerant is piped to the refrigerant circuit a three-way valve connecting the condenser and the liquid refrigerant feed pump to the condenser and the additional condenser along the heating fluid lines The heated coolant is on, a non-temperature coolant is supplied to the additional evaporator through the coolant hydraulic line.
RU2014149719/06A 2014-12-09 2014-12-09 Trigeneration cycle and device therefor RU2582536C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014149719/06A RU2582536C1 (en) 2014-12-09 2014-12-09 Trigeneration cycle and device therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014149719/06A RU2582536C1 (en) 2014-12-09 2014-12-09 Trigeneration cycle and device therefor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2582536C1 true RU2582536C1 (en) 2016-04-27

Family

ID=55794509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014149719/06A RU2582536C1 (en) 2014-12-09 2014-12-09 Trigeneration cycle and device therefor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2582536C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA035057B1 (en) * 2018-10-30 2020-04-22 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет) Trigeneration plant for seawater freezing and desalination, power generation and heat supply to external consumers

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2369808C2 (en) * 2007-11-26 2009-10-10 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Trigeneration gas turbine plant
RU119393U1 (en) * 2012-03-07 2012-08-20 Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "ЛУКОЙЛ" HEAT ELECTRIC POWER STATION WITH ABSORPTION BROWN-LITHIUM REFRIGERATING MACHINE
RU2011124661A (en) * 2011-06-16 2012-12-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" TRIGENERAL INSTALLATION ON THE BASIS OF THE STIRLING ENGINE
RU2530971C1 (en) * 2013-08-08 2014-10-20 Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" Trigeneration plant with use of steam-gas cycle for production of electric energy and steam compressor heat pump cycle for heat and cold production

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2369808C2 (en) * 2007-11-26 2009-10-10 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Trigeneration gas turbine plant
RU2011124661A (en) * 2011-06-16 2012-12-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" TRIGENERAL INSTALLATION ON THE BASIS OF THE STIRLING ENGINE
RU119393U1 (en) * 2012-03-07 2012-08-20 Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "ЛУКОЙЛ" HEAT ELECTRIC POWER STATION WITH ABSORPTION BROWN-LITHIUM REFRIGERATING MACHINE
RU2530971C1 (en) * 2013-08-08 2014-10-20 Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" Trigeneration plant with use of steam-gas cycle for production of electric energy and steam compressor heat pump cycle for heat and cold production

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA035057B1 (en) * 2018-10-30 2020-04-22 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет) Trigeneration plant for seawater freezing and desalination, power generation and heat supply to external consumers

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101248253B (en) Cascade connection organic Rankine cycle using waste heat
Peris et al. Performance evaluation of an Organic Rankine Cycle (ORC) for power applications from low grade heat sources
CA2972907C (en) Multi-pressure organic rankine cycle
KR101114017B1 (en) Method and device for carrying out a thermodynamic cycle
JP2007520662A (en) Fluid for organic Rankine cycle
US20170002695A1 (en) Organic rankine binary cycle power generation system
MX2014011444A (en) System and method for recovery of waste heat from dual heat sources.
Li et al. Entransy dissipation/loss-based optimization of two-stage organic Rankine cycle (TSORC) with R245fa for geothermal power generation
Kaynakli et al. Thermodynamic analysis of the Organic Rankine Cycle and the effect of refrigerant selection on cycle performance
Somayaji et al. Second law analysis and optimization of organic Rankine cycle
WO2015019886A1 (en) Waste heat recovery device
KR101315918B1 (en) Organic rankine cycle for using low temperature waste heat and absorbtion type refrigerator
RU2582536C1 (en) Trigeneration cycle and device therefor
CN103195518A (en) ORC (organic Rankine cycle) power generation system based on series connection of multistage evaporators
JP2018021485A (en) Multistage rankine cycle system, internal combustion engine and operation method of multistage rankine cycle system
CN104727867A (en) Medium-and-low-temperature waste heat utilization method and pressure-reducing heat-absorbing type steam power circulating system thereof
Kucuk et al. Simulation and thermodynamic analysis of a regenerative and recuperative organic Rankine cycle
CN103195519A (en) ORC (Organic Rankine cycle) power generation system based on series connection of multistage evaporators and working medium pumps
JP2010096414A (en) Ammonia absorption refrigeration type power generating device
RU2562745C1 (en) Utilisation method of heat energy generated by thermal power plant
RU2560502C1 (en) Heat power plant operation mode
RU2562730C1 (en) Utilisation method of thermal energy generated by thermal power plant
Stachel et al. Influence of the type of working fluid in the lower cycle and superheated steam parameters in the upper cycle on effectiveness of operation of binary power plant
Yanturin et al. APPLICATION OF ABSORPTION MACHINES IN TRIGENERATION CYCLES
WO2015165477A1 (en) High efficiency power plants

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171210