RU2630284C1 - Cogeneration unit with deep waste energy disposal of thermal engine - Google Patents

Cogeneration unit with deep waste energy disposal of thermal engine Download PDF

Info

Publication number
RU2630284C1
RU2630284C1 RU2016122856A RU2016122856A RU2630284C1 RU 2630284 C1 RU2630284 C1 RU 2630284C1 RU 2016122856 A RU2016122856 A RU 2016122856A RU 2016122856 A RU2016122856 A RU 2016122856A RU 2630284 C1 RU2630284 C1 RU 2630284C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
refrigerant
internal combustion
combustion engine
heat
evaporator
Prior art date
Application number
RU2016122856A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Анатольевич Павлов
Александр Викторович Жаров
Леонид Владимирович Смирнов
Иван Владелинович Костылев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" (ФГБОУВО "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 образования "Ярославский государственный технический университет" (ФГБОУВО "ЯГТУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" (ФГБОУВО "ЯГТУ")
Priority to RU2016122856A priority Critical patent/RU2630284C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2630284C1 publication Critical patent/RU2630284C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/12—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled
    • F01K23/14—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled including at least one combustion engine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: power industry.
SUBSTANCE: cogeneration unit with deep utilisation of thermal energy of the heat engine contains an internal combustion engine (ICE) with an electric generator, a pump for the cooling system of an internal combustion engine, a heat recovery system consisting of heat exchangers for the heat of the engine cooling system, exhaust gases of the internal combustion engine, hydrolysis line, ICE exhaust gas pipe, valves, three-way valve, water vapor steam generator, water circulation pump, water vapor expander with electric generator, evaporator-condenser, evaporator of refrigerant, refrigerant vapor refrigerators with an electrogenerator, refrigerant condensers, refrigerant circulation pumps, refrigerant lines.
EFFECT: invention will maximize the efficiency of using the heat of combustion of fuel, effectively provide such modes of operation as: generation of heat and electric energy, generation of only electric energy.
1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области энергетики и предназначено для производства тепловой и электрической энергии при помощи когенерационных установок с двигателем внутреннего сгорания.The present invention relates to the field of energy and is intended for the production of thermal and electric energy using cogeneration plants with an internal combustion engine.

Когенерационные установки с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) известны достаточно давно и предназначены для комбинированной выработки тепловой и электрической энергий [Klaus Mollenhauer, Helmut Tshoke. Handbook of Diesel Engines. - Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2010]. В качестве первичного ДВС на указанных выше когенерационных установках могут применяться, например, дизели или газопоршневые двигатели. Для производства тепловой энергии на когенерационных установках с ДВС осуществляется утилизация тепловой энергии его охлаждающей жидкости и отработанного газа при помощи рекуперативных теплообменников. Нагреваемая среда (например, сетевая вода), поступая последовательно в теплообменник-утилизатор теплоты охлаждающей жидкости ДВС и его отработанных газов, утилизирует их тепловую энергию, нагревается и передается далее потребителям тепла. Рассматриваемая когенерационная установка с ДВС имеет один существенный недостаток, а именно низкую эффективность при выработке ею только электрической энергии.Cogeneration plants with internal combustion engines (ICE) have been known for a long time and are intended for the combined generation of thermal and electric energy [Klaus Mollenhauer, Helmut Tshoke. Handbook of Diesel Engines. - Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2010]. As the primary ICE in the above cogeneration plants, for example, diesel engines or gas piston engines can be used. For the production of thermal energy in cogeneration plants with internal combustion engines, the thermal energy of its coolant and exhaust gas is recovered using recuperative heat exchangers. The heated medium (for example, network water), entering sequentially into the heat exchanger-heat exchanger of the heat of the cooling fluid of the internal combustion engine and its exhaust gases, utilizes their thermal energy, heats up and is transferred further to heat consumers. The cogeneration unit under consideration with the internal combustion engine has one significant drawback, namely, low efficiency when it produces only electric energy.

Для повышения эффективности использования теплоты сгорания топлива когенерационной установкой при выработке ею только электрической энергии известен способ утилизации тепловой энергии отработанных газов ее ДВС при реализации термодинамического цикла Ренкина с паровой турбиной, работающей на водяном паре [Klaus Mollenhauer, Helmut Tshoke. Handbook of Diesel Engines. - Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2010]. При реализации вышеуказанного термодинамического цикла Ренкина с применением паровой турбины, работающей на водяном паре, отработанный газ ДВС когенерационной установки поступает в парогенератор. В парогенераторе вырабатывается за счет тепловой энергии отработанного газа ДВС перегретый водяной пар. Образованный в парогенераторе перегретый водяной пар далее расширяется в паровой турбине с совершением механической работы. После паровой турбины отработанный водяной пар поступает в его конденсатор, где за счет отдачи тепловой энергии внешнему теплоносителю конденсируется. После конденсации водяного пара образованная вода насосом подается в ее бак. Из своего бака вода другим насосом подается снова в парогенератор. В итоге все вышеописанные процессы, включая выработку водяного пара, его расширение в паровой турбине, конденсацию представляют собой цикл Ренкина.To increase the efficiency of using the heat of combustion of fuel by a cogeneration unit when it generates only electric energy, a method is known for utilizing the thermal energy of the exhaust gases of its internal combustion engine during the implementation of the Rankine thermodynamic cycle with a steam turbine running on steam [Klaus Mollenhauer, Helmut Tshoke. Handbook of Diesel Engines. - Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2010]. When implementing the aforementioned Rankine thermodynamic cycle using a steam turbine operating on steam, the exhaust gas of the internal combustion engine of the cogeneration unit enters the steam generator. Superheated water vapor is generated in the steam generator due to the thermal energy of the exhaust gas of the internal combustion engine. The superheated water vapor formed in the steam generator further expands in the steam turbine with the completion of mechanical work. After the steam turbine, the spent water vapor enters its condenser, where it condenses due to the transfer of thermal energy to the external heat carrier. After condensation of water vapor, the formed water is pumped into its tank. From his tank, water is pumped again to the steam generator by another pump. As a result, all the above processes, including the production of water vapor, its expansion in a steam turbine, condensation, are a Rankine cycle.

К главным недостаткам вышеупомянутой когенерационной установки с ДВС следует отнести то, что при выработке ею только электрической энергии, например, в летние месяцы, когда потребность в тепловой энергии отпадает, суммарная эффективность использования теплоты сгорания топлива снижается. Снижение эффективности использования теплоты сгорания топлива когенерационной установкой при выработке ею только электрической энергии обусловлено тем, что тепловая энергия охлаждающей жидкости и отработанного газа ее ДВС рассеивается в окружающую среду.The main disadvantages of the aforementioned ICE cogeneration plant are that when it produces only electric energy, for example, in the summer months, when there is no need for thermal energy, the total efficiency of using the heat of combustion of the fuel decreases. The decrease in the efficiency of using the heat of combustion of fuel by a cogeneration unit when it produces only electric energy is due to the fact that the thermal energy of the cooling liquid and the exhaust gas of its internal combustion engine is dissipated into the environment.

Также к недостаткам обозначенного выше способа повышения эффективности использования теплоты сгорания топлива ДВС когенерационных установок при реализации термодинамического цикла Ренкина следует отнести то, что он сам по себе (при термодинамических условиях, характерных для отработанных газов ДВС) является малоэффективным.Also, the disadvantages of the method described above for increasing the efficiency of using the heat of combustion of the fuel of the internal combustion engine of cogeneration units during the implementation of the Rankin thermodynamic cycle include the fact that it alone (under the thermodynamic conditions characteristic of the exhaust gases of the internal combustion engine) is ineffective.

Наиболее близкой к предлагаемой является когенерационная установка (выбранная за прототип), состоящая из электрогенератора с приводом от ДВС, имеющего системы: охлаждения моторного масла, блока цилиндров, наддува, газовыхлопа, каждая из которых имеет теплообменник-утилизатор теплоты, при этом система охлаждения моторного масла включена между первым выходом двигателя и его первым входом, система охлаждения блока цилиндров включена между вторым выходом и вторым входом двигателя, система наддува подсоединена к третьему входу двигателя [патент РФ №2280777, МПК F02G 5/04, опубл. 27.07.2006. Бюл. №21].Closest to the proposed one is a cogeneration unit (selected for the prototype), consisting of an electric generator driven by an internal combustion engine, having systems: cooling engine oil, cylinder block, pressurization, gas exhaust, each of which has a heat exchanger-heat recovery unit, while the engine oil cooling system is connected between the first output of the engine and its first input, the cooling system of the cylinder block is connected between the second output and the second input of the engine, the boost system is connected to the third input of the engine [p RF patent No. 2280777, IPC F02G 5/04, publ. 07/27/2006. Bull. No. 21].

К недостаткам данной когенерационной установки следует отнести то, что при ее работе в летние месяцы (когда нет необходимости в выработке тепловой энергии) тепловая энергия отработанных газов и охлаждающей жидкости рассеивается в окружающую среду. При работе рассматриваемой когенерационной установки только для выработки электрической энергии отработанные газы и охлаждающая жидкость ее ДВС направляются в обход теплообменников-утилизаторов их теплоты. При этом отработавшие газы ДВС выбрасываются в окружающую среду, а охлаждающая жидкость ДВС направляется в воздушный радиатор. В воздушном радиаторе тепловая энергия охлаждающей жидкости ДВС рассеивается потоком воздуха в окружающую среду.The disadvantages of this cogeneration unit include the fact that during its operation in the summer months (when there is no need to generate thermal energy), the thermal energy of the exhaust gases and coolant is dissipated into the environment. When the cogeneration unit in question is used only to generate electric energy, the exhaust gases and the cooling liquid of its internal combustion engine are sent to bypass heat exchangers-heat exchangers of their heat. In this case, the internal combustion engine exhaust gases are released into the environment, and the internal combustion engine coolant is sent to the air radiator. In an air radiator, the thermal energy of the internal combustion engine coolant is dissipated by the air flow into the environment.

Задачей данного изобретения является создание когенерационной установки с ДВС, обладающей высокой эффективностью при ее работе как при выработке тепловой и электрической энергий, так и на режиме выработки только электрической энергии за счет глубокой утилизации тепловой энергии отработанных газов и охлаждающей жидкости ее ДВС.The objective of the invention is to provide a cogeneration unit with an internal combustion engine, which is highly efficient in its operation both in the generation of thermal and electric energies, and in the mode of generating only electric energy due to the deep utilization of the thermal energy of the exhaust gases and coolant of its internal combustion engine.

Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии теплового двигателя содержит ДВС с электрогенератором, насос системы охлаждения ДВС, систему утилизации теплоты, состоящую из теплообменников-утилизаторов теплоты системы охлаждения ДВС, отработанных газов ДВС, гидролинии, магистраль отработанных газов ДВС, вентили, трехходовой кран, парогенератор водяного пара, циркуляционный насос воды, детандер водяного пара с электрогенератором, испаритель-конденсатор, испаритель хладагента, детандеры пара хладагента с электрогенератором, конденсаторы хладагента, циркуляционные насосы хладагента, гидролинии хладагента, при этом на гидролинии, отводящей охлаждающую жидкость от ДВС, установлен трехходовой кран, первый выход трехходового крана соединен с теплообменником-утилизатором теплоты системы охлаждения ДВС, а второй выход трехходового крана соединен с испарителем хладагента, выход из теплообменника-утилизатора теплоты системы охлаждения ДВС и испарителя хладагента соединены со входом насоса системы охлаждения ДВС, выход из которого соединен с ДВС, теплообменники-утилизаторы теплоты системы охлаждения ДВС и отработанных газов ДВС последовательно соединены друг с другом при помощи гидролиний, при этом отработанные газы ДВС по магистралям отработанных газов ДВС подводятся к двум вентилям, первый вентиль обеспечивает движение отработанного газа ДВС к теплообменнику-утилизатору теплоты отработанных газов ДВС и далее в атмосферу, а второй вентиль обеспечивает их движение через парогенератор водяного пара и далее в атмосферу, парогенератор водяного пара при помощи гидролиний последовательно соединен с детандером водяного пара с электрогенератором, испарителем-конденсатором и циркуляционным насосом воды, при этом испаритель-конденсатор при помощи гидролиний хладагента последовательно соединен с первым детандером пара хладагента с электрогенератором, первым конденсатором пара хладагента, первым циркуляционным насосом хладагента, испарителем хладагента, вторым детандером пара хладагента с электрогенератором, вторым конденсатором хладагента и вторым циркуляционным насосом хладагента.A cogeneration plant with deep utilization of thermal energy of a heat engine contains an internal combustion engine with an electric generator, an internal combustion engine pump, a heat recovery system consisting of heat exchangers-heat exchangers for internal combustion engine exhaust gas, internal combustion engine exhaust lines, hydraulic lines, an internal combustion engine exhaust line, valves, a three-way valve, a steam generator steam, water circulating pump, steam expander with electric generator, evaporator-condenser, refrigerant evaporator, refrigerant steam expanders with electric a non-radiator, refrigerant condensers, refrigerant circulation pumps, refrigerant lines, and a three-way valve is installed on the hydraulic line leading the coolant from the internal combustion engine, the first output of the three-way valve is connected to the heat exchanger-heat exchanger of the internal combustion engine cooling system, and the second output of the three-way valve is connected to the refrigerant evaporator , the exit from the heat exchanger-heat recovery unit of the engine cooling system and the refrigerant evaporator are connected to the inlet of the engine cooling system pump, the outlet of which is connected to the engine heat exchangers-heat exchangers of the internal combustion engine engine and exhaust gases of the internal combustion engine are connected in series with each other using hydraulic lines, while the exhaust gases of the internal combustion engine through the exhaust lines of the internal combustion engine are supplied to two valves, the first valve provides the movement of the exhaust gas of the internal combustion engine to the heat exchanger-heat exchanger of the internal combustion engine gases and further into the atmosphere, and the second valve provides their movement through the steam generator and further into the atmosphere, the steam generator using hydraulic lines is followed it is connected to the water vapor expander with an electric generator, a condenser-evaporator and a water circulation pump, while the evaporator-condenser is connected in series with the refrigerant hydraulic lines to the first refrigerant vapor expander with an electric generator, the first refrigerant vapor condenser, the first refrigerant circulation pump, and the second refrigerant evaporator a refrigerant vapor expander with an electric generator, a second refrigerant condenser and a second refrigerant circulation pump.

На фиг. 1 изображена схема когенерационной установки с глубокой утилизацией тепловой энергии теплового двигателя.In FIG. 1 shows a diagram of a cogeneration plant with deep utilization of thermal energy of a heat engine.

Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии теплового двигателя содержит ДВС 1 с электрогенератором, трехходовой кран 2, насос системы охлаждения ДВС 3, теплообменник-утилизатор теплоты системы охлаждения ДВС 4, теплообменник-утилизатор теплоты отработанных газов ДВС 5, вентили 6 и 7, парогенератор водяного пара 8, детандер водяного пара с электрогенератором 9, циркуляционный насос воды 10, испаритель-конденсатор 11, детандеры пара хладагента с электрогенераторами 12, 16, конденсаторы хладагента 13, 17, циркуляционные насосы хладагента 14, 18, испаритель хладагента 15, магистрали отработанного газа 19, 20, гидролинии 21, 22, 27, 28, 29, 30, 31, 32, гидролинии хладагента 23, 24, 25, 26.The cogeneration unit with the deep utilization of the thermal energy of the heat engine contains an internal combustion engine 1 with an electric generator, a three-way valve 2, an internal combustion engine cooling pump 3, an internal heat exchanger heat exchanger of an internal combustion engine 4, an internal heat exchanger exhaust gas heat exchanger 5, valves 6 and 7, a water steam generator steam 8, water vapor expander with electric generator 9, water circulation pump 10, evaporator-condenser 11, refrigerant steam expanders with electric generators 12, 16, refrigerant condensers 13, 17, circulation pumps refrigerant 14, 18, refrigerant evaporator 15, exhaust gas lines 19, 20, hydraulic lines 21, 22, 27, 28, 29, 30, 31, 32, refrigerant hydraulic lines 23, 24, 25, 26.

Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии теплового двигателя работает следующим образом.Cogeneration plant with deep utilization of thermal energy of a heat engine works as follows.

При работе ДВС 1 его электрогенератор вырабатывает электроэнергию, которая предназначена для электрической сети потребителей. Для выработки тепловой энергии когенерационной установкой с глубокой утилизацией тепловой энергии теплового двигателя, например в зимнее время, охлаждающая жидкость ее ДВС трехходовым краном 2 при помощи насоса системы охлаждения ДВС подается в теплообменник-утилизатор теплоты системы охлаждения ДВС. При этом вентиль 7 закрыт, а вентиль 8 открыт. Отработанный газ ДВС направляется по магистрали отработанного газа ДВС 19 и открытый вентиль 6 к теплообменнику-утилизатору теплоты отработанных газов ДВС 5. В теплообменниках-утилизаторах теплоты системы охлаждения ДВС 4 и отработанных газов ДВС 5 теплота передается воде, которая поступает к ним от потребителей тепловой энергии по гидролиниям 27. Причем вода от потребителей тепловой энергии по гидролинии 27 поступает сначала к теплообменнику-утилизатору тепловой энергии системы охлаждения ДВС 4, затем к теплообменнику-утилизатору теплоты отработанных газов ДВС 5 и далее направляется обратно к потребителям тепловой энергии.When the internal combustion engine 1 operates, its electric generator generates electricity, which is intended for the consumers' electric network. To generate thermal energy by a cogeneration unit with deep utilization of thermal energy of a heat engine, for example, in winter, the cooling liquid of its internal combustion engine is supplied with a three-way valve 2 using an internal combustion engine cooling pump to a heat exchanger-heat exchanger of the internal combustion engine cooling system. In this case, the valve 7 is closed, and the valve 8 is open. The ICE exhaust gas is directed along the ICE 19 exhaust gas line and the open valve 6 to the heat exchanger-heat exchanger of the ICE exhaust gas heat. In heat exchangers-heat exchangers of the ICE 4 cooling system and the ICE exhaust gas 5, heat is transferred to the water that is supplied to them from heat energy consumers by hydraulic lines 27. Moreover, water from consumers of thermal energy via hydraulic line 27 first flows to a heat exchanger-heat exchanger of the internal combustion engine cooling system 4, then to a heat exchanger-heat exchanger The exhaust gas of ICE 5 and further is sent back to consumers of thermal energy.

Для выработки только электрической энергии когенерационной установкой с глубокой утилизацией тепловой энергией теплового двигателя, например в летнее время, отработанный газ ДВС направляется по магистралям отработанного газа ДВС 19 и 20 к вентилю 7 и далее в парогенератор водяного пара 8. При этом вентиль 7 открыт, а вентиль 6 закрыт. В свою очередь, трехходовой кран 2 направляет охлаждающую жидкость ДВС из гидролинии 28 в гидролинию 30 и далее в испаритель хладагента 15. В парогенераторе водяного пара 8 из воды, которая подводится к нему при помощи циркуляционного насоса воды 10 по гидролиниям 22, теплотой отработанного газа ДВС генерируется перегретый водяной пар. Из парогенератора водяного пара 8 перегретый водяной пар по гидролинии 21 поступает в детандер водяного пара с электрогенератором 9, где, расширяясь, совершает механическую работу с выработкой электрической энергии, которая передается ее потребителям. После детандера водяного пара с электрогенератором 9 отработанный водяной пар по гидролинии 21 направляется к конденсатору-испарителю 11. В конденсаторе-испарителе 11 водяной пар конденсируется до жидкого состояния и по гидролинии 22 поступает обратно к циркуляционному насосу воды 10. Конденсация отработанного водяного пара в конденсаторе-испарителе 11 осуществляется за счет циркуляции через него жидкого хладагента, например фреона. При этом жидкий хладагент к конденсатору-испарителю поступает при помощи циркуляционного насоса хладагента 18 по гидролинии хладагента 26. При конденсации отработанного водяного пара в конденсаторе испарителе 11 за счет энергии, которая при этом выделяется, жидкий хладагент нагревается, испаряется и перегревается. После конденсатора-испарителя 11 перегретый пар хладагента по гидролинии 23 поступает к детандеру пара хладагента с электрогенератором 12, где, расширяясь, совершает механическую работу с выработкой электрической энергии. Выработанная вышеуказанным образом электрическая энергия передается ее потребителям. После детандера пара хладагента с электрогенератором 12 отработанный пар хладагента по гидролинии 23 поступает в конденсатор хладагента 13. В конденсаторе хладагента 13 за счет передачи тепловой энергии потоку воздуха пар хладагента конденсируется. Далее жидкий хладагент по гидролинии 24 циркуляционным насосом хладагента 14 подается в испаритель хладагента 15. В испарителе хладагента 15 за счет тепловой энергии охлаждающей жидкости ДВС хладагент нагревается, испаряется и перегревается. Далее перегретый пар хладагента по гидролинии 25 направляется в детандер пара хладагента с электрогенератором 16. В детандере пара хладагента с электрогенератором пар хладагента расширяется с совершением механической работы и выработке электрической энергии, которая передается ее потребителям. После детандера пара хладагента с электрогенератором 16 отработанный пар хладагента по гидролинии 25 поступает в конденсатор хладагента, где, отдавая теплоту воздуху, конденсируется и далее в жидком виде циркуляционным насосом хладагента 18 по гидролинии 26 подается к конденсатору-испарителю 11, в результате чего вышеописанный цикл замыкается.In order to generate only electric energy by a cogeneration unit with deep utilization of the thermal energy of a heat engine, for example, in summer, the ICE exhaust gas is directed along the ICE exhaust gas lines to valve 7 and then to the steam generator 8. At that, valve 7 is open, and valve 6 is closed. In turn, the three-way valve 2 directs the internal combustion engine coolant from the hydraulic line 28 to the hydraulic line 30 and then to the refrigerant evaporator 15. In the steam generator is water vapor 8 from water, which is supplied to it by means of a water circulation pump 10 through hydraulic lines 22, by the heat of exhaust gas from the internal combustion engine superheated water vapor is generated. From the steam steam generator 8, superheated water vapor via a hydraulic line 21 enters the steam expander with an electric generator 9, where, expanding, it performs mechanical work with the generation of electrical energy, which is transmitted to its consumers. After the water vapor expander with an electric generator 9, the waste water vapor is sent via a hydraulic line 21 to the condenser-evaporator 11. In the condenser-evaporator 11, the water vapor is condensed to a liquid state and is fed back via a hydraulic line 22 to the water circulation pump 10. The condensation of the spent water vapor in the condenser the evaporator 11 is carried out by circulating through it a liquid refrigerant, such as freon. In this case, the liquid refrigerant is supplied to the evaporator condenser by means of the refrigerant circulation pump 18 via the refrigerant 26 line. When the spent water vapor is condensed in the condenser of the evaporator 11 due to the energy that is released, the liquid refrigerant is heated, evaporated and overheated. After the condenser-evaporator 11, the superheated refrigerant vapor flows through the hydraulic line 23 to the refrigerant vapor expander with an electric generator 12, where, expanding, it performs mechanical work with the generation of electrical energy. The electrical energy generated in the above manner is transmitted to its consumers. After the expander of the refrigerant vapor with the electric generator 12, the spent refrigerant vapor flows through the hydraulic line 23 to the refrigerant condenser 13. In the refrigerant condenser 13, the refrigerant vapor is condensed by transferring heat energy to the air stream. Next, the liquid refrigerant through the hydraulic line 24 by the circulation pump of the refrigerant 14 is supplied to the evaporator of the refrigerant 15. In the evaporator of the refrigerant 15, the refrigerant is heated, evaporated and overheated due to the thermal energy of the internal combustion engine ICE. Next, the superheated refrigerant vapor is sent via hydraulic line 25 to the refrigerant vapor expander with an electric generator 16. In the expander, the refrigerant vapor with an electric generator of refrigerant vapor expands with mechanical work and the generation of electrical energy that is transmitted to its consumers. After the expander of the refrigerant vapor with the electric generator 16, the spent refrigerant vapor flows through the hydraulic line 25 to the refrigerant condenser, where, giving up heat to the air, it is condensed and then in liquid form by the refrigerant circulating pump 18 via the hydraulic line 26 to the condenser-evaporator 11, as a result of which the above cycle is closed .

Заявленная когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии теплового двигателя может быть использована в качестве теплоэлектроцентрали, производящей тепловую и электрическую энергию для нужд промышленных предприятий или отдельных жилых районов. Применение ее позволит максимально повысить эффективность использования теплоты сгорания топлива.The claimed cogeneration plant with deep utilization of thermal energy of a heat engine can be used as a heat and power plant producing thermal and electric energy for the needs of industrial enterprises or individual residential areas. Its use will maximize the efficiency of using the heat of combustion of fuel.

Claims (1)

Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии теплового двигателя содержит ДВС с электрогенератором, насос системы охлаждения ДВС, систему утилизации теплоты, состоящую из теплообменников-утилизаторов теплоты системы охлаждения ДВС, отработанных газов ДВС, гидролинии, магистраль отработанных газов ДВС, отличающаяся тем, что дополнительно содержит вентили, трехходовой кран, парогенератор водяного пара, циркуляционный насос воды, детандер водяного пара с электрогенератором, испаритель-конденсатор, испаритель хладагента, детандеры пара хладагента с электрогенератором, конденсаторы хладагента, циркуляционные насосы хладагента, гидролинии хладагента, при этом на гидролинии, отводящей охлаждающую жидкость от ДВС, установлен трехходовой кран, первый выход трехходового крана соединен с теплообменником утилизатором теплоты системы охлаждения ДВС, а второй выход трехходового крана соединен с испарителем хладагента, выход из теплообменника-утилизатора теплоты системы охлаждения ДВС и испарителя хладагента соединен со входом насоса системы охлаждения ДВС, выход из которого соединен с ДВС, теплообменники-утилизаторы теплоты системы охлаждения ДВС и отработанных газов ДВС последовательно соединены друг с другом при помощи гидролиний, при этом отработанные газы ДВС по магистралям отработанных газов ДВС подводятся к двум вентилям, первый вентиль обеспечивает движение отработанного газа ДВС к теплообменнику-утилизатору теплоты отработанных газов ДВС и далее в атмосферу, а второй вентиль обеспечивает их движение через парогенератор водяного пара и далее в атмосферу, парогенератор водяного пара при помощи гидролиний последовательно соединен с детандером водяного пара с электрогенератором, испарителем-конденсатором и циркуляционным насосом воды, при этом испаритель-конденсатор при помощи гидролиний хладагента последовательно соединен с первым детандером пара хладагента с электрогенератором, первым конденсатором пара хладагента, первым циркуляционным насосом хладагента, испарителем хладагента, вторым детандером пара хладагента с электрогенератором, вторым конденсатором хладагента и вторым циркуляционным насосом хладагента.A cogeneration plant with deep utilization of the thermal energy of a heat engine contains an internal combustion engine with an electric generator, an internal combustion engine pump, a heat recovery system consisting of heat exchangers-heat exchangers for internal combustion engine exhaust gas, internal combustion engine exhaust lines, a hydraulic line, an internal combustion engine exhaust gas pipeline, which further comprises valves, three-way valve, water vapor generator, water circulation pump, water vapor expander with electric generator, evaporator-condenser, refrigerant evaporator agent, refrigerant vapor expanders with an electric generator, refrigerant condensers, refrigerant circulation pumps, refrigerant lines, and a three-way valve is installed on the hydraulic line that exhausts the cooling liquid from the internal combustion engine, the first output of the three-way valve is connected to the heat exchanger of the heat exchanger of the internal combustion engine cooling system, and the second output is a three-way the valve is connected to the refrigerant evaporator, the output from the heat exchanger-heat exchanger of the heat of the internal combustion engine cooling system and the refrigerant evaporator is connected to the inlet of the cooling system pump ICE, the output of which is connected to the internal combustion engine, heat exchangers-heat exchangers of the internal combustion engine ICE and exhaust gas of the internal combustion engine are connected in series with each other using hydraulic lines, while the internal combustion engine exhaust gases are fed to two valves along the internal combustion engine gas lines, the first valve provides the movement of the exhaust ICE gas to the heat exchanger-heat exchanger of the exhaust gas engine ICE and further into the atmosphere, and the second valve ensures their movement through the steam generator and further into the atmosphere, the steam generator during using steam lines, it is connected in series with a water steam expander with an electric generator, an evaporator-condenser and a water circulation pump, while an evaporator-condenser is connected in series with the first refrigerant steam expander with an electric generator, the first refrigerant vapor condenser, and the first refrigerant circulation pump , a refrigerant evaporator, a second refrigerant vapor expander with an electric generator, a second refrigerant condenser and a second circulation pump som refrigerant.
RU2016122856A 2016-06-08 2016-06-08 Cogeneration unit with deep waste energy disposal of thermal engine RU2630284C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016122856A RU2630284C1 (en) 2016-06-08 2016-06-08 Cogeneration unit with deep waste energy disposal of thermal engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016122856A RU2630284C1 (en) 2016-06-08 2016-06-08 Cogeneration unit with deep waste energy disposal of thermal engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2630284C1 true RU2630284C1 (en) 2017-09-06

Family

ID=59797609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016122856A RU2630284C1 (en) 2016-06-08 2016-06-08 Cogeneration unit with deep waste energy disposal of thermal engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2630284C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2725583C1 (en) * 2019-12-23 2020-07-02 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии" Cogeneration plant with deep recovery of thermal energy of internal combustion engine
RU2730777C1 (en) * 2020-01-15 2020-08-25 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии" Auxiliary power plant for diesel generators

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2033017A (en) * 1978-10-25 1980-05-14 Sulzer Ag Internal combustion engine plant
SU1375841A1 (en) * 1985-05-28 1988-02-23 Брянский Институт Транспортного Машиностроения Utilization unit of i.c. engine
SU1514966A1 (en) * 1987-09-14 1989-10-15 Производственное Объединение "Турбомоторный Завод" Им.К.Е.Ворошилова Power unit
RU2232913C2 (en) * 2001-12-06 2004-07-20 Открытое акционерное общество "Заволжский моторный завод" Method of operation and design of internal combustion piston engine with gas-vapor working medium
RU2280777C1 (en) * 2005-01-18 2006-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Энергетический центр "Президент-Нева" Power plant
RU2535413C2 (en) * 2013-01-24 2014-12-10 Валерий Алфеевич Тараканов Air-steam internal combustion engine

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2033017A (en) * 1978-10-25 1980-05-14 Sulzer Ag Internal combustion engine plant
SU1375841A1 (en) * 1985-05-28 1988-02-23 Брянский Институт Транспортного Машиностроения Utilization unit of i.c. engine
SU1514966A1 (en) * 1987-09-14 1989-10-15 Производственное Объединение "Турбомоторный Завод" Им.К.Е.Ворошилова Power unit
RU2232913C2 (en) * 2001-12-06 2004-07-20 Открытое акционерное общество "Заволжский моторный завод" Method of operation and design of internal combustion piston engine with gas-vapor working medium
RU2280777C1 (en) * 2005-01-18 2006-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Энергетический центр "Президент-Нева" Power plant
RU2535413C2 (en) * 2013-01-24 2014-12-10 Валерий Алфеевич Тараканов Air-steam internal combustion engine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2725583C1 (en) * 2019-12-23 2020-07-02 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии" Cogeneration plant with deep recovery of thermal energy of internal combustion engine
RU2730777C1 (en) * 2020-01-15 2020-08-25 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии" Auxiliary power plant for diesel generators

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Girgin et al. Design and thermodynamic and thermoeconomic analysis of an organic Rankine cycle for naval surface ship applications
EP2522828B1 (en) Organic rankine cycle systems using waste heat from charge air cooling
RU2722286C2 (en) Waste heat recovery system and method with a simple cycle
RU2017134096A (en) WATER HEAT RECOVERY FOR ENERGY GENERATION AND ENGINE HEATING
US8650879B2 (en) Integration of waste heat from charge air cooling into a cascaded organic rankine cycle system
RU2644801C2 (en) Thermodynamic system of the combined cycle for the development of mechanical energy and the method of development of mechanical energy and of driving the turbomachine
RU2006139188A (en) HIGH EFFICIENCY HEAT CYCLE DEVICE
MX2014011444A (en) System and method for recovery of waste heat from dual heat sources.
Negash et al. Optimization of organic Rankine cycle used for waste heat recovery of construction equipment engine with additional waste heat of hydraulic oil cooler
JP2014034924A (en) Exhaust heat recovery device of internal combustion engine and cogeneration system
RU2487305C1 (en) Trigeneration plant based on microturbine motor
Cihan et al. Energy and exergy analysis of a combined refrigeration and waste heat driven organic Rankine cycle system
KR20140085001A (en) Energy saving system for using waste heat of ship
Bellolio Domke et al. Organic Rankine cycles systems for waste heat recovery in marine applications
RU2630284C1 (en) Cogeneration unit with deep waste energy disposal of thermal engine
Saadon Computational modelling of an Organic Rankine Cycle (ORC) waste heat recovery system for an aircraft engine
RU2722436C2 (en) Cascade cycle and method of regenerating waste heat
RU2725583C1 (en) Cogeneration plant with deep recovery of thermal energy of internal combustion engine
RU2589985C2 (en) Method for operation of recuperation plant
RU2440504C1 (en) Cogeneration plant with internal combustion engine and stirling engine
KR20140085002A (en) Energy saving system for using waste heat of ship
JP2018021485A (en) Multistage rankine cycle system, internal combustion engine and operation method of multistage rankine cycle system
Yang et al. Performance analysis of the organic Rankine cycle (ORC) system under engine various operating conditions
RU2520796C2 (en) Cogeneration plant
Elbir Thermodynamic Analysis of the Integrated System that Produces Energy by Gradual Expansion from the Waste Heat of the Solid Waste Facility