RU2811880C2 - Hybrid compressor and boiler for heat supply/output containing such hybrid compressor - Google Patents
Hybrid compressor and boiler for heat supply/output containing such hybrid compressor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2811880C2 RU2811880C2 RU2021129103A RU2021129103A RU2811880C2 RU 2811880 C2 RU2811880 C2 RU 2811880C2 RU 2021129103 A RU2021129103 A RU 2021129103A RU 2021129103 A RU2021129103 A RU 2021129103A RU 2811880 C2 RU2811880 C2 RU 2811880C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- cylinder
- piston
- connecting rod
- thermal
- Prior art date
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims abstract description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 33
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 14
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 14
- 241001125929 Trisopterus luscus Species 0.000 claims description 11
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 7
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- PCTMTFRHKVHKIS-BMFZQQSSSA-N (1s,3r,4e,6e,8e,10e,12e,14e,16e,18s,19r,20r,21s,25r,27r,30r,31r,33s,35r,37s,38r)-3-[(2r,3s,4s,5s,6r)-4-amino-3,5-dihydroxy-6-methyloxan-2-yl]oxy-19,25,27,30,31,33,35,37-octahydroxy-18,20,21-trimethyl-23-oxo-22,39-dioxabicyclo[33.3.1]nonatriaconta-4,6,8,10 Chemical compound C1C=C2C[C@@H](OS(O)(=O)=O)CC[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@H]([C@H](C)CCCC(C)C)[C@@]1(C)CC2.O[C@H]1[C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](C)O[C@H]1O[C@H]1/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/[C@H](C)[C@@H](O)[C@@H](C)[C@H](C)OC(=O)C[C@H](O)C[C@H](O)CC[C@@H](O)[C@H](O)C[C@H](O)C[C@](O)(C[C@H](O)[C@H]2C(O)=O)O[C@H]2C1 PCTMTFRHKVHKIS-BMFZQQSSSA-N 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Изобретение относится к компрессорам для теплонасосного контура и, в частности, касается гибридного термодинамического компрессора, который может приводиться в действие термическим компрессором и/или реверсивной электрической машиной. Изобретение относится также к гибридным котлам, содержащим такой гибридный термодинамический компрессор.The invention relates to compressors for a heat pump circuit and, in particular, relates to a hybrid thermodynamic compressor, which can be driven by a thermal compressor and/or a reversible electrical machine. The invention also relates to hybrid boilers containing such a hybrid thermodynamic compressor.
Контекст и предшествующий уровень техникиContext and prior art
В известных решениях часто используют электрический двигатель для приведения во вращение компрессора, который образует рабочий элемент теплонасосного цикла.Known solutions often use an electric motor to drive a compressor, which forms the working element of the heat pump cycle.
Существуют также решения, основанные на двигателе внутреннего сгорания для приведения во вращение такого компрессора.There are also solutions based on an internal combustion engine to drive such a compressor.
Таким образом, конструкторы теплового оборудования обычно предлагают решения, позволяющие внедрять термодинамические решения, включающие в себя:Thus, thermal equipment designers typically provide solutions that enable the implementation of thermodynamic solutions that include:
1. Электрические тепловые насосы.1. Electric heat pumps.
2. Термические тепловые насосы.2. Thermal heat pumps.
3. Микрокогенерационные котлы.3. Micro-cogeneration boilers.
Заявитель ранее уже предложил использовать так называемый «термический» термодинамический компрессор нового типа в качестве рабочего элемента теплонасосного цикла.The applicant has previously proposed using a new type of so-called “thermal” thermodynamic compressor as a working element of the heat pump cycle.
Однако более предпочтительным представляется более гибкое решение в зависимости от условий использования теплонасосного контура и от наличия различных форм энергии для приведения в действие компрессора. В частности, в некоторые моменты необходимо иметь возможность производить электрическую энергию при помощи термического источника в качестве вспомогательного продукта (в этом случае говорят о «когенерации»), а в другие моменты - использовать электрическую энергию, не приводя в действие термический источник.However, a more flexible solution would be preferable depending on the conditions of use of the heat pump circuit and the availability of different forms of energy to drive the compressor. In particular, at some times it is necessary to be able to produce electrical energy using a thermal source as an auxiliary product (in which case one speaks of "cogeneration"), and at other times to use electrical energy without operating the thermal source.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Для решения этой задачи предложен гибридный термодинамический компрессор для сжатия рабочей среды, при этом компрессор по меньшей мере содержит:To solve this problem, a hybrid thermodynamic compressor is proposed for compressing the working medium, wherein the compressor at least contains:
- объемный цилиндр (также называемый “первый цилиндр”) (1) и термический цилиндр (также называемый “второй цилиндр”) (2), соединенные между собой механически через шатунно-кривошипную систему (5) и пневматически через соединительный контур (12),- a volumetric cylinder (also called the “first cylinder”) (1) and a thermal cylinder (also called the “second cylinder”) (2), connected to each other mechanically through a connecting rod-crank system (5) and pneumatically through a connecting circuit (12),
- реверсивную электрическую машину (6), соединенную с шатунно-кривошипной системой (5),- a reversible electric machine (6) connected to a connecting rod-crank system (5),
при этом объемный цилиндр содержит цилиндрический корпус с первым поршнем (81), который отделяет первую камеру (Ch1) от второй камеры (Ch2),wherein the volumetric cylinder contains a cylindrical body with a first piston (81), which separates the first chamber (Ch1) from the second chamber (Ch2),
при этом термический цилиндр содержит цилиндрический корпус с вторым поршнем (82), который отделяет третью камеру (Ch3), называемую холодной камерой, от четвертой камеры (Ch4), которая может входить в термический контакт с источником (21) тепла, становясь горячей камерой и создавая, таким образом, циклическое движение в термическом цилиндре, при этом соединительный контур соединяет вторую камеру с третьей камерой,wherein the thermal cylinder comprises a cylindrical body with a second piston (82) that separates a third chamber (Ch3), called the cold chamber, from a fourth chamber (Ch4), which can come into thermal contact with the heat source (21), becoming the hot chamber and thus creating a cyclic movement in the thermal cylinder, with a connecting circuit connecting the second chamber to the third chamber,
и, что касается шатунно-кривошипной системы (5), то первый поршень соединен с ротором (52) через первый шатунно-кривошипный механизм (91), а второй поршень соединен напрямую или опосредованно с указанным ротором через второй шатунно-кривошипный механизм (92) с заранее определенным угловым смещением (θd), создаваемым шатунно-кривошипной системой между циклом первого поршня и циклом второго поршня,and, as for the connecting rod and crank system (5), the first piston is connected to the rotor (52) through the first connecting rod and crank mechanism (91), and the second piston is connected directly or indirectly to said rotor through the second connecting rod and crank mechanism (92) with a predetermined angular displacement (θd) created by the connecting rod-crank system between the cycle of the first piston and the cycle of the second piston,
при этом объемный цилиндр оснащен впускным каналом с первым обратным клапаном (61) и выпускным каналом с вторым обратным клапаном (62) для подачи рабочей среды с вторым давлением (Pout),wherein the volumetric cylinder is equipped with an inlet channel with a first check valve (61) and an outlet channel with a second check valve (62) for supplying a working fluid with a second pressure (Pout),
при этом мощность, производимая в термическом цилиндре, передается в объемный цилиндр в основном через соединительный контур, а не через шатунно-кривошипную систему.in this case, the power produced in the thermal cylinder is transferred to the volumetric cylinder mainly through the connecting circuit, and not through the connecting rod and crank system.
Благодаря этим признакам, объемный цилиндр позволяет перекачивать рабочую среду в контексте теплонасосного цикла, при этом указанный объемный цилиндр приводится в движение под действием соединенного с ним термического цилиндра и/или при помощи электрической машины.Thanks to these features, the volumetric cylinder allows the pumping of a working medium in the context of a heat pump cycle, wherein said volumetric cylinder is driven by the action of a thermal cylinder connected thereto and/or by an electrical machine.
Следует отметить, что, как будет показано ниже, можно использовать одну и ту же рабочую среду в термическом цилиндре и в объемном цилиндре, а также в первичном контуре теплового насоса.It should be noted that, as will be shown below, it is possible to use the same working fluid in the thermal cylinder and in the volumetric cylinder, as well as in the primary circuit of the heat pump.
Следует также отметить, что, как будет показано ниже, объемный цилиндр может быть цилиндром простого действия или двойного действия. It should also be noted that, as will be shown below, the volumetric cylinder can be a single-acting or double-acting cylinder.
Необходимо отметить, что заранее определенное угловое смещение (θd) характеризует запаздывание объемного цикла по отношению к термическому циклу, и это заранее определенное угловое смещение может быть любым между 50° и 130°. Предпочтительно его можно получить за счет механической конструкции, в случае необходимости, с возможностью механического регулирования.It should be noted that the predetermined angular displacement (θd) characterizes the lag of the volumetric cycle with respect to the thermal cycle, and this predetermined angular displacement can be anything between 50° and 130°. Preferably it can be obtained by a mechanical structure, if necessary, with the possibility of mechanical adjustment.
Термин «первый обратный клапан» в данном случае обозначает впускной клапан компрессора. Термин «второй обратный клапан» в данном случае обозначает выпускной клапан компрессора.The term "first check valve" here refers to the inlet valve of the compressor. The term "second check valve" here refers to the compressor discharge valve.
Выражение «мощность, производимая в термическом цилиндре, передается в объемный цилиндр в основном через соединительный контур, а не через шатунно-кривошипную систему» означает, что более половины мощности, производимой в термическом цилиндре, проходит через пневматический соединительный контур, предпочтительно более 75% мощности, производимой в термическом цилиндре, проходит через пневматический соединительный контур.The expression "the power produced in the thermal cylinder is transmitted to the volume cylinder primarily through the coupling circuit rather than through the crank system" means that more than half of the power produced in the thermal cylinder passes through the pneumatic coupling circuit, preferably more than 75% of the power produced in the thermal cylinder passes through a pneumatic connecting circuit.
В различных вариантах выполнения изобретения, относящихся к системе, можно применять также один и/или другой из следующих признаков, рассматриваемых отдельно или в комбинации.In various embodiments of the invention related to the system, one and/or other of the following features, considered separately or in combination, can also be used.
Согласно предпочтительному признаку, можно использовать одну и ту же рабочую среду в термическом цилиндре и в объемном цилиндре, предпочтительно, но не ограничительно, в качестве рабочей среды можно выбрать СО2. Благодаря этому, даже если на уровне поршневых колец первого поршня происходят утечки, текучая среда не смешивается, так как с двух сторон от этого поршня присутствует одна и та же текучая среда. Это же относится и к второму поршню. Следовательно, требования герметичности между поршнем и гильзой являются намного менее критичными, чем в случае использования двух разных текучих сред.According to a preferred feature, the same working medium can be used in the thermal cylinder and in the volumetric cylinder, preferably, but not restrictively, CO2 can be selected as the working medium. Due to this, even if leaks occur at the level of the piston rings of the first piston, the fluid does not mix, since the same fluid is present on both sides of this piston. The same applies to the second piston. Consequently, the sealing requirements between piston and liner are much less critical than in the case of using two different fluids.
Согласно отличительному признаку, предусмотрены:According to the distinctive feature, the following are provided:
- электрический режим сжатия, в котором источник тепла отключен, и электрическая машина работает в режиме двигателя,- electric compression mode, in which the heat source is switched off and the electric machine operates in motor mode,
- термический режим сжатия, в котором активируют источник тепла, задающий импульсный цикл возвратно-поступательного движения в термическом цилиндре, при этом движение первого поршня обеспечивается возвратно-поступательным движением рабочей среды в соединительном контуре, и электрическая машина работает в режиме генератора.- thermal compression mode, in which a heat source is activated, which sets a pulse cycle of reciprocating motion in the thermal cylinder, while the movement of the first piston is ensured by the reciprocating movement of the working medium in the connecting circuit, and the electric machine operates in generator mode.
Следует отметить, что в каждом из двух режимов шатунно-кривошипная система передает только второстепенную часть термодинамической мощности, и, в частности, в термическом режиме сжатия шатунно-кривошипная система передает только второстепенную часть термодинамической мощности, тогда как основная часть проходит через соединительный контур.It should be noted that in each of the two modes, the connecting rod and crank system transmits only a minor part of the thermodynamic power, and, in particular, in the thermal compression mode, the connecting rod and crank system transmits only a minor part of the thermodynamic power, while the main part passes through the connecting circuit.
Согласно дополнительному признаку, можно также предусмотреть смешанный режим, в котором движение первого поршня в объемном цилиндре создается за счет теплового цикла в первой камере и электрической машиной, работающей в режиме двигателя. Это позволяет добиться общей гибкости переключения между тепловым источником и электрическим источником, и переключение может происходить практически в реальном времени.According to an additional feature, it is also possible to provide a mixed mode in which the movement of the first piston in the volumetric cylinder is created due to the thermal cycle in the first chamber and the electric machine operating in motor mode. This allows for overall flexibility in switching between a thermal source and an electrical source, and switching can occur in near real time.
Согласно отличительному признаку, заранее определенный сдвиг фазы (θd) составляет от 80° до 120°, предпочтительно около 95°, при этом объемный цикл запаздывает на этот заранее определенный сдвиг фазы по отношению к термическому цилиндру. Такое смещение позволяет получить оптимальный КПД.According to a feature, the predetermined phase shift (θd) is from 80° to 120°, preferably about 95°, with the volumetric cycle lagging this predetermined phase shift with respect to the thermal cylinder. This offset allows you to obtain optimal efficiency.
Согласно отличительному признаку, ход (Т1) первого поршня (81) может превышать ход (Т2) второго поршня (82). Это позволяет уравновесить термодинамическую мощность, создаваемую в термическом цилиндре, с объемной мощностью перекачки, применяемой в объемном цилиндре и в основном при рабочих давлениях.According to a distinctive feature, the stroke (T1) of the first piston (81) may exceed the stroke (T2) of the second piston (82). This allows the thermodynamic power generated in the thermal cylinder to be balanced with the volumetric pumping power applied in the volumetric cylinder and primarily at operating pressures.
Согласно другой конфигурации, ход (Т2) второго поршня (82) может превышать ход (Т1) первого поршня (81).According to another configuration, the stroke (T2) of the second piston (82) may exceed the stroke (T1) of the first piston (81).
Согласно конфигурации, рабочий объем термического цилиндра может составлять от 1 литра до 5 литров. Согласно конфигурации, рабочий объем объемного цилиндра может составлять от 1 литра до 5 литров.According to the configuration, the working volume of the thermal cylinder can be from 1 liter to 5 liters. According to the configuration, the working volume of the volumetric cylinder can be from 1 liter to 5 liters.
Согласно конфигурации, рабочий объем термического цилиндра может превышать рабочий объем объемного цилиндра. Согласно другой конфигурации, рабочий объем объемного цилиндра может превышать рабочий объем термического цилиндра. According to the configuration, the working volume of the thermal cylinder can exceed the working volume of the volumetric cylinder. According to another configuration, the working volume of the volumetric cylinder may exceed the working volume of the thermal cylinder.
Согласно отличительному признаку, можно предусмотреть следующую механическую компоновку: ось (Y1) объемного цилиндра и ось (Y2) термического цилиндра расположены по существу перпендикулярно друг к другу, при этом предусмотрено дополнительное смещение, благодаря положению соответствующих соединительных шатунных шеек первого шатунно-кривошипного механизма (91) и второго шатунно-кривошипного механизма (92). Благодаря этим признакам и при угловом смещении около 90°, можно получить вращающийся ротор с соответствующими шатунными шейками для каждого цилиндра с близкими и даже идентичными угловыми положениями.According to a distinctive feature, the following mechanical arrangement can be provided: the axis (Y1) of the volume cylinder and the axis (Y2) of the thermal cylinder are located essentially perpendicular to each other, while additional displacement is provided due to the position of the corresponding connecting crankpins of the first connecting rod-crank mechanism (91 ) and the second connecting rod-crank mechanism (92). Thanks to these features and at an angular displacement of about 90°, it is possible to obtain a rotating rotor with corresponding crankpins for each cylinder with close and even identical angular positions.
Согласно варианту, называемому объемным компрессором «простого действия», объемный цилиндр используют с простым действием, и для всасывания и нагнетания используют только первую камеру (Ch1), тогда как вторая камера работает только в возвратно-поступательном режиме с третьей камерой через соединительный контур (12), при этом впускной канал с первым обратным клапаном (61) и выпускной канал с вторым обратным клапаном (62) соединены с первой камерой.According to a variant called "single action" positive displacement compressor, a positive displacement cylinder is used with a single action, and only the first chamber (Ch1) is used for suction and discharge, while the second chamber only works in reciprocating mode with the third chamber through the connecting circuit (12 ), while the inlet channel with the first check valve (61) and the outlet channel with the second check valve (62) are connected to the first chamber.
Согласно варианту, называемому объемным компрессором «двойного действия», объемный цилиндр используют с двойным действием с соединительным контуром (12), который в этом случае селективно соединяет через вентиль (4) вторую камеру с третьей камерой, и предусмотрен переход (7) из первой камеры во вторую камеру, при этом первая камера оснащена впускным каналом с первым обратным клапаном (61) для впуска рабочей среды при первом давлении (Pin), при этом переход содержит буферный объем (3) с третьим обратным клапаном (63) между первой камерой (Ch1) и буферным объемом и с четвертым обратным клапаном (64) между буферным объемом и второй камерой (Ch2), при этом выпускной канал с вторым обратным клапаном (62) соединены с второй камерой.According to a variant called a "double acting" positive displacement compressor, a positive displacement cylinder is used in double action with a connecting circuit (12), which in this case selectively connects the second chamber to the third chamber via a valve (4), and a transition (7) from the first chamber is provided into the second chamber, wherein the first chamber is equipped with an inlet channel with a first check valve (61) for inlet of the working fluid at the first pressure (Pin), while the transition contains a buffer volume (3) with a third check valve (63) between the first chamber (Ch1 ) and a buffer volume and with a fourth check valve (64) between the buffer volume and the second chamber (Ch2), while the outlet channel with the second check valve (62) is connected to the second chamber.
Благодаря такой конфигурации двойного действия, компрессор может, в случае необходимости, обеспечивать более высокую степень сжатия. Эта конфигурация позволяет также ослабить требования на поршневых кольцах.Thanks to this double-acting configuration, the compressor can provide a higher compression ratio if necessary. This configuration also makes it possible to relax the requirements on the piston rings.
Согласно дополнительному признаку двухступенчатой конфигурации, когда соединительный контур (12) оснащен таким вентилем (4), в электрическом режиме сжатия указанный вентиль (4) закрыт, источник тепла выключен, и электрическая машина работает в режиме двигателя, и в термическом режиме сжатия указанный вентиль (4) открыт, движение первого поршня обеспечивается возвратно-поступательным движением рабочей среды в соединительном контуре, и электрическая машина работает в режиме генератора.According to an additional feature of the two-stage configuration, when the connecting circuit (12) is equipped with such a valve (4), in the electric compression mode, said valve (4) is closed, the heat source is turned off, and the electric machine operates in the motor mode, and in the thermal compression mode, said valve ( 4) is open, the movement of the first piston is ensured by the reciprocating movement of the working medium in the connecting circuit, and the electric machine operates in generator mode.
Согласно дополнительному признаку одноступенчатой конфигурации, соединительный контур (12) может быть тоже оснащен таким вентилем (4) с идентичной работой в электрическом и термическом режимах.According to an additional feature of the single-stage configuration, the connecting circuit (12) can also be equipped with such a valve (4) with identical operation in electrical and thermal modes.
Согласно отличительному признаку, шток поршня объемного цилиндра может иметь диаметр, превышающий диаметр штока поршня термического цилиндра. В этих условиях можно наблюдать эффект повышения давления, связанный с уменьшением площади.According to a distinctive feature, the piston rod of the volumetric cylinder may have a diameter greater than the diameter of the piston rod of the thermal cylinder. Under these conditions, one can observe the effect of increasing pressure associated with a decrease in area.
Объектом настоящего изобретения является также термодинамический котел для подачи/удаления калорий в/из соответствующего помещения, содержащий описанный выше гибридный термический компрессор, при этом термический компрессор обеспечивает функцию сжатия контура типа реверсивного теплового насоса, содержащего по меньшей мере один общий контур рабочей среды, дроссельный вентиль и по меньшей мере одно внешнее устройство.An object of the present invention is also a thermodynamic boiler for supplying/removing calories to/from a corresponding room, comprising the above-described hybrid thermal compressor, wherein the thermal compressor provides a compression function for a reversible heat pump type circuit comprising at least one common working fluid circuit, a throttle valve and at least one external device.
Согласно варианту, котел может представлять собой когенерационную машину с производством электричества.According to an embodiment, the boiler may be a cogeneration machine producing electricity.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
Другие аспекты, задачи и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания варианта выполнения изобретения, представленного в качестве не ограничительного примера. Изобретение будет более понятно при рассмотрении прилагаемых чертежей, на которых:Other aspects, objects and advantages of the invention will become more apparent from the following description of an embodiment of the invention, presented by way of non-limiting example. The invention will be better understood by reference to the accompanying drawings, in which:
Фиг. 1 - диаграмма заявленного гибридного термодинамического компрессора в одноступенчатой версии перекачки, при этом компоненты схематично показаны в плоскости. Fig. 1 is a diagram of the claimed hybrid thermodynamic compressor in a single-stage pumping version, with the components shown schematically in a plane.
Фиг. 2 - вид, аналогичный фиг. 1, в двухступенчатой версии объемного компрессора.Fig. 2 is a view similar to FIG. 1, in a two-stage positive displacement compressor version.
Фиг. 3 - конструктивный вариант выполнения компрессора с термическим цилиндром, расположенным перпендикулярно к объемному цилиндру.Fig. 3 - a design variant of a compressor with a thermal cylinder located perpendicular to the volumetric cylinder.
Фиг. 4 - вариант выполнения, аналогичный варианту, показанному на фиг. 2, вид со стороны шатунно-кривошипной системы и в направлении объемного цилиндра.Fig. 4 is an embodiment similar to that shown in FIG. 2, view from the side of the connecting rod-crank system and in the direction of the volumetric cylinder.
Фиг. 5 - диаграмма цикла с давлениями и ходами на оси ординат для одноступенчатой версии.Fig. 5 - cycle diagram with pressures and strokes on the ordinate axis for the single-stage version.
Фиг. 6 - диаграмма термодинамического цикла термического цилиндра.Fig. 6 - diagram of the thermodynamic cycle of a thermal cylinder.
Фиг. 7 - диаграмма цикла с давлениями и ходами на оси ординат для двухступенчатой версии.Fig. 7 - cycle diagram with pressures and strokes on the ordinate axis for the two-stage version.
Фиг. 8 - общий схематичный вид системы реверсивного теплового насоса.Fig. 8 is a general schematic view of a reversible heat pump system.
Описание вариантов выполненияDescription of embodiments
На различных фигурах идентичные или подобные элементы имеют одинаковые обозначения. Для большей ясности некоторые элементы показаны не в масштабе.In different figures, identical or similar elements have the same designations. For clarity, some elements are not shown to scale.
Общие положения, компрессорный тепловой насосGeneral provisions, compressor heat pump
На фиг. 8 показана теплонасосная система, содержащая гибридный термический компрессор 8, который будет более подробно описан ниже. Компрессор 8 выполняет функцию сжатия в контуре типа теплового насоса, который может быть реверсивным, как показано в данном случае, или не реверсивным.In fig. 8 shows a heat pump system comprising a hybrid
Такая теплонасосная система содержит контур 85 циркуляции теплоносителя, первый теплообменник 87, второй теплообменник 88 и дроссельный вентиль 86, который выполняет обратную роль по отношению к компрессору. В случае реверсивной системы дроссельный вентиль 86 может быть сдвоенным, при этом каждая его часть работает в одном направлении и является нерабочей в другом. Четырехходовой вентиль 89 позволяет менять направление циркуляции текучей среды на обратное в теплообменниках и дроссельном вентиле. В первой конфигурации система отбирает калории на первом теплообменнике 87 и отдает эти калории на второй теплообменник 88, а в противоположной конфигурации система отбирает калории на втором теплообменнике 88 и отдает эти калории на первый теплообменник 87.Such a heat pump system includes a
Нас интересует, в частности, случай котла, включающего в себя функцию теплового насоса с отбором калорий на внешнем устройстве и с подачей этих калорий в соответствующее помещение или жилище.We are interested in particular in the case of a boiler that includes the function of a heat pump with the extraction of calories from an external device and the supply of these calories to the corresponding room or dwelling.
В этом случае предложенная система основана на гибридном термическом компрессоре 8, который будет детально описан ниже, с общим контуром рабочей среды (или «хладагента»), дроссельным вентилем и по меньшей мере одним внешним устройством. Котел содержит гибридный термический компрессор 8 для контура типа теплового насоса и может подавать в соответствующее помещение/жилище калории, получаемые от горелки.In this case, the proposed system is based on a hybrid
Как правило, компрессор оснащен впускным каналом с первым обратным клапаном 61 (называемым в данной области «впускным клапаном») и выпускным каналом с вторым обратным клапаном 62 (называемым в данной области «выпускным клапаном»). По отношению к первичному контуру 85 компрессор всасывает рабочую среду через впускной канал при первом давлении Pin и выдает рабочую среду при втором давлении Pout через выпускной канал.Typically, the compressor is equipped with an inlet passage with a first check valve 61 (referred to in the art as an "inlet valve") and an outlet passage with a second check valve 62 (referred to in the art as a "discharge valve"). With respect to the
Компрессор - общие положения - объемный и термический цилиндрыCompressor - general provisions - volumetric and thermal cylinders
Гибридный термический компрессор 8 содержит объемный цилиндр (также называемый “первый цилиндр”) 1, термический цилиндр (также называемый “второй цилиндр”) 2 и реверсивную электрическую машину 6 (Д/Г от: Двигатель/Генератор, причем возможны обе функции).The hybrid
Как будет показано ниже, объемный цилиндр 1 и термический цилиндр 2 соединены между собой механически через шатунно-кривошипную систему 5 и пневматически через соединительный контур 12.As will be shown below, the
Что касается объемного цилиндра 1, то он содержит первый поршень 81, который отделяет первую камеру Ch1 от второй камеры Ch2, к которым мы вернемся позже. Первый поршень 81 перемещается в цилиндрической гильзе 71, представляющей собой тело вращения вокруг первой оси Y1.As for the
Объемный цилиндр 1 образует по меньшей мере одну компрессорную ступень объемного типа для первичного контура 85 теплонасосной системы.The
Что касается термического цилиндра 2, то он содержат цилиндрический корпус с вторым поршнем 82, который отделяет третью камеру Ch3, называемую холодной камерой, от четвертой камеры Ch4. Первый поршень 81 перемещается в цилиндрической гильзе 72, представляющей собой тело вращения вокруг второй оси Y2.As for the
Третья камера Ch3 может охлаждаться при помощи охлаждающего контура, символически показанного на фигурах под обозначением 26. The third chamber Ch3 can be cooled using a cooling circuit, symbolically shown in the figures under the
Четвертая камера Ch4 может входить в термический контакт с источником 21 тепла, становясь горячей камерой и создавая, таким образом, циклическое движение в термическом цилиндре.The fourth chamber Ch4 may come into thermal contact with the
Третья и четвертая камеры Ch3, Ch4 пневматически сообщаются через наружный контур с гильзой, в которой перемещается второй поршень 82. В частности, предусмотрен регенератор 29, который поддерживает температурный градиент между холодной частью и горячей частью.The third and fourth chambers Ch3, Ch4 are in pneumatic communication through an external circuit with a sleeve in which the second piston 82 moves. In particular, a
Ось Y2 является вертикальной вместе с четвертой камерой, расположенной над третьей камерой Ch3.The Y2 axis is vertical along with the fourth chamber located above the third chamber Ch3.
Снаружи цилиндра 72 предусмотрен проход, позволяющий перепускать текучую среду из третьей камеры в четвертую и наоборот. В частности, в верхней части четвертой камеры Ch4 предусмотрено отверстие 23 для впуска/выпуска текучей среды, затем кольцевой проход 24 в горячей части до регенератора 29.A passage is provided on the outside of the
Проход продолжен под регенератором кольцевым проходом 25 в холодной части, который выходит через низ в холодную камеру. В этом месте проход соединен также с наружным входным-выходным отверстием 27. The passage is continued under the regenerator by an
Устройство и работа такого термического регенерирующего компрессора описаны в документе WO2014/202885, поданном на имя заявителя, и сведения из этого документа будут использованы при описании принципа и работы такого термического регенерирующего компрессора.The structure and operation of such a thermal regeneration compressor is described in document WO2014/202885 filed in the name of the applicant, and information from this document will be used in describing the principle and operation of such a thermal regeneration compressor.
Отличие от этого документа состоит в том, что в данном случае в холодной камере Ch3 нет отдельных всасывающего входа и нагнетательного выхода, а есть только соединение наружу, которое последовательно производит всасывание и нагнетание при возвратно-поступательном движении текучей среды в соединительном контуре 12.The difference from this document is that in this case, in the cold chamber Ch3 there is no separate suction inlet and discharge outlet, but only an outward connection that sequentially produces suction and discharge as the fluid flows back and forth in the connecting
Благодаря регенератору 29, разность температуры между четвертой камерой Ch4 и третьей камерой Ch3 остается выше 500°С. Как правило, четвертая камера находится при температуре около 600°С, тогда как третья камера остается примерно при 50°С за счет системы охлаждения. Именно этот температурный градиент и его поддержание во времени способствуют приведению в действие термического регенерирующего компрессора.Thanks to the
Горячий источник 21 является горелкой, например, газовой горелкой. Вместе с тем, можно отметить, что горячий источник может сжигать любой другой тип топлива, кроме газа. В других конфигурациях горячий источник может быть источником тепла другого типа, солнечным или иным, без горения. Предпочтительно используют не ископаемое топливо.The
Соединительный контур 12 селективно соединяет вторую камеру Ch2 с третьей камерой Ch3. Вентиль 4, являющийся факультативным в некоторых случаях, как будет показано ниже, позволяет селективно перекрывать или открывать проход текучей среды между второй камерой Ch2 и третьей камерой Ch3. Вентиль 4 может быть электрическим или может управляться вручную.The connecting
Следует заметить, что соединительный контур перепускает рабочую среду между второй и третьей камерами Ch2, Ch3, кроме того, в четвертую камеру Ch2 поступает та же текучая среда.It should be noted that the connecting circuit bypasses the working medium between the second and third chambers Ch2, Ch3; in addition, the same fluid enters the fourth chamber Ch2.
Кроме того, предпочтительно именно эту же текучую среду используют в первой камере Ch1. Благодаря использованию единой текучей среды, даже если появляются утечки на уровне поршневых колец 78, это не создает никакой проблемы, если не считать незначительного снижения эффективности, причем это касается как термического цилиндра, так и объемного цилиндра.Moreover, preferably the same fluid is used in the first chamber Ch1. Thanks to the use of a single fluid, even if leaks occur at the level of the piston rings 78, this does not pose any problem other than a slight decrease in efficiency, both for the thermal cylinder and the volumetric cylinder.
Эту же текучую среду используют в первичном контуре 85 теплонасосной системы, описанной со ссылками на фиг. 8.The same fluid is used in the
Кроме первичного контура 85, могут существовать вспомогательные контуры (частично показаны пунктирной линией на фиг. 8), связанные между собой через теплообменники, но без какого-либо физического обмена текучей средой.In addition to the
В качестве рабочей среды можно выбрать газ, предпочтительно, но не ограничительно СО2 (R744 на языке специалистов в области обогрева и охлаждения). Вместе с тем, принцип настоящего изобретения можно применять для других рабочих сред.The operating medium can be a gas, preferably, but not limited to, CO2 (R744 in the language of heating and cooling specialists). However, the principle of the present invention can be applied to other operating environments.
Шатунно-кривошипная система и механическая конструкцияConnecting rod and crank system and mechanical design
На фиг. 1 представлена схематичная диаграмма в плоскости термического компрессора в версии одноступенчатой перекачки. Компоненты показаны в плоскости для облегчения понимания. Здесь показаны два связанных во вращении ротора, соответственно с осями Х1 и Х2.In fig. 1 shows a schematic diagram in the plane of a thermal compressor in the single-stage pumping version. Components are shown flat for ease of understanding. Shown here are two rotors connected in rotation, respectively with axes X1 and X2.
На фиг. 3 и 4 представлены более реальные конфигурации с точки зрения промышленного решения.In fig. 3 and 4 show more realistic configurations from the point of view of an industrial solution.
Шатунно-кривошипная система 5 механически соединяет между собой объемный цилиндр 1 и термический цилиндр 2.The connecting rod-
В этом первом примере (фиг. 1) объемный цилиндр используют как цилиндр простого действия. Для всасывания и нагнетания текучей среды в первичный контур 85 используют только первую камеру Ch1. Вторая камера Ch2 работает только в возвратно-поступательном режиме с третьей камерой через соединительный контур 12. Вентиль 4 может отсутствовать.In this first example (FIG. 1), the volumetric cylinder is used as a single-acting cylinder. For suction and injection of fluid into the
Впускной канал с первым обратным клапаном 61 и выпускной канал с вторым обратным клапаном 62 соединены, оба, с первой камерой Ch1.The inlet passage with the
Компрессор - шатунно-кривошипная системаCompressor - connecting rod and crank system
Шатунно-кривошипная система 5 содержит ротор 5, установленный с возможностью вращения на картере компрессора вокруг оси Х. Этот ротор 8 образует коленчатый вал, но передает лишь незначительное механическое усилие в отличие от классического коленчатого вала.The connecting rod-
Этот ротор 5 выполнен в виде вращающейся детали с кривошипами; в частности, шатунные шейки расположены на расстоянии от оси Х. Первая шатунная шейка закреплена на роторе на расстоянии Т1/2 от оси Х; на этой первой шатунной шейке закреплена ножка первого шатуна 91. Вторая шатунная шейка закреплена на роторе на расстоянии Т2/2 от оси Х; на этой второй шатунной шейке закреплена ножка второго шатуна 92.This
Первый шатун 91 соединен своей головкой с первым штоком, неподвижно соединенным с первым поршнем 81. Второй шатун 92 соединен своей головкой с вторым штоком, неподвижно соединенным с вторым поршнем 82.The first connecting
Таким образом, Т1 является ходом первого поршня 81. Рабочий объем объемного цилиндра равен Т1 × S1, где S1 является сечением первой гильзы 71.Thus, T1 is the stroke of the
Т2 является ходом второго поршня 82. Рабочий объем термического цилиндра равен Т2 × S2, где S2 является сечением второй гильзы 72.T2 is the stroke of the second piston 82. The working volume of the thermal cylinder is equal to T2 × S2, where S2 is the cross-section of the
В нижней мертвой точке первого поршня остаточный объем первой камеры Ch1 является очень малым, менее 5% рабочего объема, предпочтительно менее 2% рабочего объема.At the bottom dead center of the first piston, the residual volume of the first chamber Ch1 is very small, less than 5% of the displacement volume, preferably less than 2% of the displacement volume.
В верхней мертвой точке первого поршня остаточный объем второй камеры Ch2 тоже может быть небольшим, менее 5% рабочего объема, предпочтительно менее 2% рабочего объема.At the top dead center of the first piston, the residual volume of the second chamber Ch2 may also be small, less than 5% of the displacement volume, preferably less than 2% of the displacement volume.
Вместе с тем, в конкретной одноступенчатой конфигурации, поскольку вторую камеру Ch2 не используют для функции объемного сжатия, остаточный объем второй камеры Ch2 в верхней мертвой точке первого поршня может быть больше, например, от 5% до 15% рабочего объема.However, in a particular single-stage configuration, since the second chamber Ch2 is not used for the volumetric compression function, the residual volume of the second chamber Ch2 at the top dead center of the first piston may be larger, for example, 5% to 15% of the displacement volume.
В нижней мертвой точке второго поршня 82 остаточный объем третьей камеры Ch3 является незначительным, менее 4% рабочего объема, предпочтительно менее 2% рабочего объема. В верхней мертвой точке первого поршня остаточный объем четвертой камеры Ch4 тоже является незначительным, менее 4% рабочего объема, предпочтительно менее 2% рабочего объема.At the bottom dead center of the second piston 82, the residual volume of the third chamber Ch3 is small, less than 4% of the displacement volume, preferably less than 2% of the displacement volume. At the top dead center of the first piston, the residual volume of the fourth chamber Ch4 is also small, less than 4% of the displacement volume, preferably less than 2% of the displacement volume.
Первый поршень соединен с ротором через первый шатунно-кривошипный механизм 91, как показано на фиг. 1, с текущим положением θ1 относительно контрольного положения в нижней мертвой точке, обозначенного θ0.The first piston is connected to the rotor through a
Второй поршень соединен (опосредованно через ремень, как схематично показано «на плоскости» на фиг. 1 и 2) с ротором через второй шатунно-кривошипный механизм 92 с текущим положением θ2 относительно контрольного положения в нижней мертвой точке, обозначенного θ0.The second piston is connected (indirectly through a belt, as schematically shown "on the plane" in Figs. 1 and 2) to the rotor through a
На фигурах вращение происходит по часовой стрелке для обоих шатунно-кривошипных механизмов. Объемный цикл 1 запаздывает на некоторый угол по отношению к термическому цилиндру 2.In the figures, rotation occurs clockwise for both connecting rod and crank mechanisms.
Отмечается наличие углового смещения θd между циклом первого поршня и циклом второго поршня.It is noted that there is an angular displacement θd between the cycle of the first piston and the cycle of the second piston.
Это угловое смещение θd определено заранее и конструктивно обеспечивается шатунно-кривошипной системой. Заранее определенный сдвиг фазы θd обычно выбирают таким образом, чтобы он находился в пределах от 80° до 120°. Авторы изобретения обнаружили, что оптимальное значение находится вблизи 95°, при этом объемный цикл запаздывает на этот заранее определенный сдвиг фазы по отношению к термическому цилиндру. Такое смещение позволяет получить оптимальный КПД.This angular displacement θd is determined in advance and is structurally ensured by the connecting rod and crank system. The predetermined phase shift θd is typically selected to be between 80° and 120°. The inventors have found that the optimal value is around 95°, with the volumetric cycle lagging by this predetermined phase shift relative to the thermal cylinder. This offset allows you to obtain optimal efficiency.
Как показано на фиг. 3 и 4, второй шатунно-кривошипный механизм 92 второго поршня 2 соединен напрямую с единым ротором 52, как и первый шатунно-кривошипный механизм 91. Ось Y1 объемного цилиндра и ось Y2 термического цилиндра расположены перпендикулярно друг к другу.As shown in FIG. 3 and 4, the
При таком расположении под прямым углом можно получить вращающийся ротор с соответствующими шатунными шейками для каждого цилиндра с близкими и даже идентичными угловыми положениями с соответствующим смещением шатунных шеек, которое выражается как θd - 90 (см. фиг. 3).With this right angle arrangement, it is possible to obtain a rotating rotor with corresponding crankpins for each cylinder at close and even identical angular positions with a corresponding crankpin offset, which is expressed as θd - 90 (see Fig. 3).
Как правило, получают реальное угловое смещение, близкое к 90°, и, следовательно, физическое смещение первой и второй шатунных шеек остается относительно небольшим, что позволяет механически обрабатывать такую деталь классическим способом и при разумных затратах.Typically, a real angular displacement of close to 90° is obtained, and therefore the physical displacement of the first and second crankpins remains relatively small, allowing such a part to be machined in a classical manner and at reasonable cost.
В варианте, вместо детали с классическими кривошипами можно использовать два связанных друг с другом эксцентрика, регулируемых по угловому положению относительно друг друга, чтобы регулировать заранее определенное угловое смещение θd в зависимости от применения.Alternatively, instead of a part with classical cranks, two interconnected eccentrics, adjustable in angular position relative to each other, can be used to adjust a predetermined angular displacement θd depending on the application.
Пневматический контур - одноступенчатая версияPneumatic circuit - single stage version
В одноступенчатой версии, показанной на фиг. 1, то есть в версии с простым действием, для всасывания и нагнетания используют только первую камеру Ch1. Первый обратный клапан 61 расположен на впускном канале и на выпускном канале вместе с вторым обратным клапаном 62, причем оба соединены с первой камерой.In the single stage version shown in FIG. 1, that is, in the simple-action version, only the first chamber Ch1 is used for suction and discharge. The
В версии простого действия вторая камера Ch2 работает только в возвратно-поступательном режиме с третьей камерой Ch3 через соединительный контур 12.In the simple action version, the second chamber Ch2 operates only in reciprocating mode with the third chamber Ch3 via connecting
В этой конфигурации первая камера Ch1 всасывает рабочую среду через впускной канал при первом давлении Pin и выдает рабочую среду при втором давлении Pout через выпускной канал.In this configuration, the first chamber Ch1 sucks in the working fluid through the inlet port at the first pressure Pin and discharges the working fluid at the second pressure Pout through the outlet port.
Двухступенчатая версияTwo stage version
В этой конфигурации (см. фиг. 2 и 3) обе камеры объемного цилиндра используются для повышения давления от Pin до Pout.In this configuration (see Figs. 2 and 3), both chambers of the volumetric cylinder are used to increase the pressure from Pin to Pout.
Переход 7 соединяет первую камеру Ch1 с второй камерой Ch2. Первая камера оснащена впускным каналом с первым обратным клапаном 61, как было указано выше, для впуска рабочей среды при первом давлении Pin. Выпускной канал с вторым обратным клапаном 62 соединен в данном случае с второй камерой Ch2.
Переход 7 содержит буферный объем 3. Переход содержит третий обратный клапан 63 для перепускания текучей среды из первой камеры Ch1 в буферный объем 3 и четвертый обратный клапан 64 для перепускания текучей среды из буферного объема 3 во вторую камеру Ch2. Выпускной канал вместе с обратным клапаном 62 соединен с второй камерой.The
Буферный объем 3 имеет достаточную емкость, чтобы объем, подаваемый и извлекаемый во время цикла оборота ротора, представлял собой количество текучей среды не более 10% объема, присутствующего в буферном объеме 3.The
Работа и управлениеOperation and management
Компрессор называют «гибридным»; действительно, он может работать по меньшей мере в двух следующих рабочих режимах: электрическим и термическом.The compressor is called “hybrid”; indeed, it can operate in at least the following two operating modes: electrical and thermal.
Электрический режим: речь идет об электрическом режиме сжатия, в котором источник 21 тепла выключен, электрическая машина работает в режиме двигателя, и вентиль 4 (если он присутствует) закрыт. В этом электрическом режиме в термическом цилиндре мощность не производится. Отмечается, что термический цилиндр 2 не имеет специального тормоза, второй поршень работает в простом режиме перемещения.Electrical mode: This is an electrical compression mode in which the
Термический и когенерационный режим: речь идет о термическом режиме сжатия, в котором вентиль 4 открыт (при его наличии), источник 21 тепла активирован и выдает пульсирующий возвратно-поступательный цикл в термическом цилиндре 2, при этом движение первого поршня 81 зависит от возвратно-поступательного движения рабочей среды в соединительном контуре, и в котором шатунно-кривошипная система 5 передает только второстепенную часть термодинамической мощности, и электрическая машина работает в режиме генератора.Thermal and cogeneration mode: we are talking about thermal compression mode, in which
В этой конфигурации мощность, производимая в термическом цилиндре 2, передается в объемный цилиндр 1 в основном через соединительный контур 12, а не через шатунно-кривошипную систему 5. Как правило, в объемный цилиндр 1 через соединительный контур 12 может передаваться не более 60% мощности, производимой в термическом цилиндре 2.In this configuration, the power produced in the
Согласно одной конфигурации, логическая схема управления может задавать двоичный выбор, а именно исключительно либо электрический режим, либо термический режим.In one configuration, the control logic may specify a binary choice of either electrical mode or thermal mode exclusively.
Согласно другой конфигурации, логическая схема управления может применять смешанный режим при любом участии термического источника и электрического источника. Таким образом, можно использовать локальный электрический излишек, дополняемый калориями от термического источника, для приведения в действие компрессора.According to another configuration, the control logic may apply a mixed mode with any participation of a thermal source and an electrical source. In this way, the local electrical surplus, supplemented by calories from a thermal source, can be used to drive the compressor.
На фиг. 6 показана термодинамическая работа термического регенерирующего компрессора. Каждая из различных фаз А, В, С, D иллюстрирует перемещение в диаграмме давления в зависимости от температуры. Каждая из различных фаз А, В, С, D соответствует четверти цикла второго поршня, как показано на фиг. 1, 2 и 3.In fig. Figure 6 shows the thermodynamic operation of a thermal regeneration compressor. Each of the different phases A, B, C, D illustrates movement in the diagram of pressure versus temperature. Each of the different phases A, B, C, D corresponds to a quarter cycle of the second piston, as shown in FIG. 1, 2 and 3.
Как более подробно описано в вышеупомянутом документе WO2014/202885, площадь, охватываемая кривой 94 (цикл ABCD) на фиг. 6, представляет собой термодинамическую работу, обеспечиваемую термическим цилиндром 2.As described in more detail in the aforementioned document WO2014/202885, the area covered by curve 94 (cycle ABCD) in FIG. 6 represents the thermodynamic work provided by
На фиг. 5 рассмотрен установившийся режим в одноступенчатой конфигурации, при этом диаграмма ходов и давлений показывает, что давление Р2 в термическом цилиндре 2 меняется от P2min, когда температура текучей среды находится на своем минимуме в термическом цилиндре 2, до P2max, когда температура текучей среды находится на своем максимуме. Pmax достигается вблизи нижней мертвой точки поршня 82. Pmin достигается вблизи верхней мертвой точки поршня 82.In fig. 5 considers the steady state in a single-stage configuration, while the stroke and pressure diagram shows that the pressure P2 in
В одноступенчатой конфигурации давления Pmin и Pmax не связаны обязательным отношением со значениями давлений Pin и Pout.In a single-stage configuration, the pressures Pmin and Pmax are not necessarily related to the pressure values Pin and Pout.
В термическом режиме термическую мощность и, следовательно, амплитуду P2max-P2min, а также сечение поршня рассчитывают таким образом, чтобы термическая мощность превышала или была равна мощности перекачки, развиваемой в объемном цилиндре 1.In thermal mode, the thermal power and, therefore, the amplitude P2max-P2min, as well as the piston cross-section, are calculated in such a way that the thermal power exceeds or is equal to the pumping power developed in
Следовательно: W2 > W1, гдеTherefore: W2 > W1, where
W1 обозначает мощность перекачки, развиваемую в объемном цилиндре 1, и W2 обозначает термодинамическую мощность, развиваемую в термическом цилиндре 2. Мощность, генерируемая термическим цилиндром, пропорциональна его среднему давлению (P2max+P2min)/2.W1 denotes the pumping power developed in the
Если W6 обозначает движущую силу электрической машины 6, то в термическом режиме можно записать: W1 = W2 + W6, и с учетом W2 > W1 получаем отрицательное W6. W6 представляет собой когенерационную мощность.If W6 denotes the driving force of the electric machine 6, then in thermal mode we can write: W1 = W2 + W6, and taking into account W2 > W1 we get negative W6. W6 represents cogeneration capacity.
В электрическом режиме W2=0 (источник 21 выключен, и вентиль 4 закрыт), и электрическая машина работает в режиме двигателя, следовательно, W1 = W6. Контроллер электрической машины регулирует командные сигналы, чтобы достичь заданного значения скорости, например, на работе объемного цилиндра 1.In electrical mode, W2=0 (
В одноступенчатой конфигурации вентиль 4 может присутствовать или отсутствовать. В электрическом режиме можно использовать камеры Ch3 и Ch4 в качестве компенсационных камер, связанных с второй камерой Ch2. В противном случае можно предусмотреть достаточный остаточный объем Ch2 в верхней мертвой точке первого поршня 81.In a single-stage configuration,
На фиг. 7 рассмотрен устоявшийся режим в двухступенчатой конфигурации, диаграмма ходов и давлений показывает, что давление Р3 является относительно стабильным. Давление P2max по существу соответствует давлению Pout. Давление P2min по существу соответствует давлению Р3.In fig. Figure 7 shows the steady-state mode in a two-stage configuration; the stroke and pressure diagram shows that pressure P3 is relatively stable. The pressure P2max essentially corresponds to the pressure Pout. The pressure P2min essentially corresponds to the pressure P3.
Давление Р1 меняется от Pin до Р3. Давление Р2 меняется от Р3 до Pout.Pressure P1 changes from Pin to P3. The pressure P2 changes from P3 to Pout.
На фиг. 7 показаны последовательные открывания четырех обратных клапанов 61, 62, 63, 64. Открывание каждого клапана показано на фиг. 7 жирной горизонтальной линией, соответствующей номеру клапана.In fig. 7 shows the sequential openings of four
Отмечается последовательное открывание вентилей 61, затем 62, затем 63, затем 64 с перекрыванием во времени, которое может более или менее значительным в зависимости от соответствующей калибровки обратных клапанов.There is a sequential opening of
В верхней части фигуры соответствующие положения поршней 81, 82 показывают заранее определенное угловое смещение θd, в данном случае с запаздыванием объемного цилиндра на 90°.In the upper part of the figure, the respective positions of the
В примере, представленном на фиг. 7, Pin составляет около 25 бар, Р3 составляет около 50 бар, Pout составляет около 75 бар.In the example shown in FIG. 7, Pin is about 25 bar, P3 is about 50 bar, Pout is about 75 bar.
В примере, представленном на фиг. 5, Pin составляет около 25 бар, Pout составляет около 65 бар.In the example shown in FIG. 5, Pin is about 25 bar, Pout is about 65 bar.
Другие положенияOther provisions
Что касается давлений в целом, то, как правило, Pin составляет от 15 до 40 бар, и, как правило, Pout составляет от 60 до 90 бар.For pressures in general, generally Pin is between 15 and 40 bar, and generally Pout is between 60 and 90 bar.
Рабочие объемы можно выбирать в зависимости от потребности в мощности. В некоторых типичных случаях рабочий объем термического цилиндра может составлять от 1 литра до 5 литров. В зависимости от конфигурации рабочий объем объемного цилиндра может составлять от 1 литра до 5 литров.Displacement volumes can be selected depending on power requirements. In some typical cases, the working volume of the thermal cylinder can be from 1 liter to 5 liters. Depending on the configuration, the working volume of the volumetric cylinder can range from 1 liter to 5 liters.
В некоторых типичных случаях ход Т1 превышает Т2. В некоторых других типичных случаях сечение S1 превышает S2.In some typical cases, the T1 stroke exceeds T2. In some other typical cases, the cross section S1 is larger than S2.
В некоторых типичных случаях буферный объем 3 может составлять от 10 литров до 25 литров.In some typical cases, the
Следует отметить, что в двухступенчатой версии требования герметичности на уровне поршневых колец 78 могут быть ослаблены, так как средние давления с двух сторон от поршня 81 являются одинаковыми.It should be noted that in the two-stage version, the sealing requirements at the level of the piston rings 78 can be relaxed since the average pressures on both sides of the
Claims (20)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1902341 | 2019-03-07 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021129103A RU2021129103A (en) | 2023-04-07 |
RU2811880C2 true RU2811880C2 (en) | 2024-01-18 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3921400A (en) * | 1972-12-04 | 1975-11-25 | Philips Corp | Cryo-electric engine-refrigerator combination |
CA2479572A1 (en) * | 2002-03-21 | 2003-10-02 | Cyril Negre | Individual cogeneration plant and local network |
RU2659598C1 (en) * | 2017-07-14 | 2018-07-03 | Анатолий Александрович Рыбаков | Method of thermal energy transformation to electricity by free linked energy-module with linear electric generator, heat exchanger and refrigerator |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3921400A (en) * | 1972-12-04 | 1975-11-25 | Philips Corp | Cryo-electric engine-refrigerator combination |
CA2479572A1 (en) * | 2002-03-21 | 2003-10-02 | Cyril Negre | Individual cogeneration plant and local network |
RU2659598C1 (en) * | 2017-07-14 | 2018-07-03 | Анатолий Александрович Рыбаков | Method of thermal energy transformation to electricity by free linked energy-module with linear electric generator, heat exchanger and refrigerator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2434149C2 (en) | Waste heat recovery system and method for split-cycle engine | |
US20110203267A1 (en) | Method and device for operating a stirling cycle process | |
GB2518482A (en) | Positive displacement apparatus for compressing and/or expanding a gas | |
US5924305A (en) | Thermodynamic system and process for producing heat, refrigeration, or work | |
US20100186405A1 (en) | Heat engine and method of operation | |
US8156739B2 (en) | Adiabatic expansion heat engine and method of operating | |
US9746215B2 (en) | Heat powered reciprocating piston engine | |
CA2583456C (en) | Fluid pump | |
RU2811880C2 (en) | Hybrid compressor and boiler for heat supply/output containing such hybrid compressor | |
US20220178359A1 (en) | Hybrid thermodynamic compressor | |
KR102394987B1 (en) | Variable volume transfer shuttle capsule and valve mechanism | |
US4249378A (en) | Thermally actuated heat pump | |
US20080098751A1 (en) | Stirling system and freezer system using the same | |
EP0985091B1 (en) | Thermal machine | |
RU2021129103A (en) | HYBRID THERMODYNAMIC COMPRESSOR | |
JP2005098271A (en) | Hot air type rotary external combustion engine | |
WO1991015672A1 (en) | Power control system for energy converter operating according to the stirling, ericsson or similar thermodynamic cycles | |
US20140178237A1 (en) | Heat engine with linear actuators | |
JP3264531B2 (en) | Adjustment mechanism for crank angle difference of expansion piston, displacer, compression piston, etc. of heat storage cycle | |
JPS5925060A (en) | Sterling engine for driving heat pump | |
JPS6224619B2 (en) | ||
JPH06147687A (en) | Stirling engine-driven heat pump |