RU92110U1 - CRYOGENIC HYDRO POWER PLANT - Google Patents

CRYOGENIC HYDRO POWER PLANT Download PDF

Info

Publication number
RU92110U1
RU92110U1 RU2009143569/22U RU2009143569U RU92110U1 RU 92110 U1 RU92110 U1 RU 92110U1 RU 2009143569/22 U RU2009143569/22 U RU 2009143569/22U RU 2009143569 U RU2009143569 U RU 2009143569U RU 92110 U1 RU92110 U1 RU 92110U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cryogenic
steam
power station
hydroelectric power
working fluid
Prior art date
Application number
RU2009143569/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Вениаминович Стекольщиков
Александр Илларионович Плугин
Екатерина Михайловна Стекольщикова
Максим Михайлович Стекольщиков
Original Assignee
Михаил Вениаминович Стекольщиков
Александр Илларионович Плугин
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 Михаил Вениаминович Стекольщиков, Александр Илларионович Плугин filed Critical Михаил Вениаминович Стекольщиков
Priority to RU2009143569/22U priority Critical patent/RU92110U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU92110U1 publication Critical patent/RU92110U1/en

Links

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

1. Криогенная гидроэлектростанция включающая теплообменные устройства для бестопливного нагрева криогенного рабочего тела при постоянном объеме, детандер для адиабатного расширения рабочего тела, конденсационную установку и испаритель, криогенные циркуляционные насосы и канальные вентиляторы, криосепараторы пара, паровые турбины с электрогенераторами, питательный бак-криостат, отличающаяся тем, что она снабжена теплообменниками, установленными в рабочем контуре технического комплекса криогенной гидроэлектростанции, при этом используют теплообменники типа «вода-пар», для нагрева рабочего тела водой, устойчивые к образованию льда, она также имеет внутренний криохолодильник, достаточный для компенсации потерь холода в рабочем контуре, и двигатель с внешним подводом теплоты, связанный с электрогенератором. ! 2. Криогенная гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве двигателя с внешним подводом теплоты используют двигатель Стирлинга. ! 3. Криогенная гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве пароперегревателей используют морозильные камеры. ! 4. Криогенная гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что в конденсационной установке используют конденсатор смешения.1. Cryogenic hydroelectric power station including heat exchangers for fuel-free heating of a cryogenic working fluid with a constant volume, an expander for adiabatic expansion of the working fluid, a condensing unit and an evaporator, cryogenic circulation pumps and duct fans, steam cryo separators, steam turbines with electric generators, feeding tank-cryostat, characterized the fact that it is equipped with heat exchangers installed in the working circuit of the technical complex of the cryogenic hydroelectric power station, while they use water-steam heat exchangers, which are resistant to ice formation to heat the working fluid with water, it also has an internal cryo-refrigerator sufficient to compensate for cold losses in the working circuit, and an engine with an external heat supply connected to the electric generator. ! 2. The cryogenic hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that a Stirling engine is used as an external heat supply engine. ! 3. The cryogenic hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that freezers are used as superheaters. ! 4. The cryogenic hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that a mixing capacitor is used in the condensation installation.

Description

Предложение относится к области альтернативной энергетики и может быть использовано в качестве электрической станции, силового агрегата транспортного средства или источника промышленного холода.The proposal relates to the field of alternative energy and can be used as an electric power station, a power unit of a vehicle or a source of industrial cold.

С каждым годом сокращаются запасы углеводородного сырья, растет мировое энергопотребление, ухудшается экологическая ситуация в мире. Поэтому стратегия развития цивилизации исходит из того, что к 2050 г. необходимо снизить количество выбросов СO2 на 50%. Это требует внедрения альтернативных источников энергии.Each year, hydrocarbon reserves are declining, global energy consumption is growing, and the environmental situation in the world is deteriorating. Therefore, the development strategy of civilization proceeds from the fact that by 2050 it is necessary to reduce the amount of CO2 emissions by 50%. This requires the introduction of alternative energy sources.

РФ самая холодная и самая протяженная страна мира. Если объективно сравнить приведенные затраты предприятий расположенные в более теплых странах и затраты аналогичного предприятия, работающего в РФ, то окажется, что затраты российского предприятия всегда будут выше. Понятно, что равенство в конкурентоспособности продукции невозможно достичь путем простого переноса высокопроизводительных технологий на российскую почву. Для этого необходимо иметь технологии получения дешевой энергии, которые позволили бы компенсировать недостатки холодного климата. И первое, в этом ряду, необходимость разработки технологий бестопливной энергетики. В качестве базы для таковой, предлагается использовать теплоту Фазового Перехода «вода-лед» (ФПВЛ).Russia is the coldest and longest country in the world. If we objectively compare the reduced costs of enterprises located in warmer countries and the costs of a similar company operating in the Russian Federation, it turns out that the costs of a Russian company will always be higher. It is clear that equality in the competitiveness of products cannot be achieved by simply transferring high-performance technologies to Russian soil. To do this, it is necessary to have technologies for producing cheap energy that would compensate for the shortcomings of the cold climate. And the first, in this series, is the need to develop fuel-free energy technologies. It is proposed to use the heat of the Water-Ice Phase Transition (FPVL) as a base for such.

Общеизвестны способы получения электроэнергии на тепловых и атомных электростанциях, где в качестве рабочего тела на турбине используют воду в виде пара. Перед подачей пара на турбину, его нагревают, используя углеводороды или ядерное топливо. Адиабатически расширяясь, пар отдает энергию турбине, охлаждаясь и конденсируясь в воду. Таким образом, вода первоначально нагревается, и затем охлаждается до температуры окружающей среды, генерируя энергию. Энергия производится за счет сжигания топлива, с общим КПД=25÷35%.Well-known methods for generating electricity in thermal and nuclear power plants, where water is used as a working fluid in a turbine in the form of steam. Before steam is supplied to the turbine, it is heated using hydrocarbons or nuclear fuel. Adiabatically expanding, the steam gives off energy to the turbine, cooling and condensing into water. Thus, the water is initially heated, and then cooled to ambient temperature, generating energy. Energy is produced by burning fuel, with a total efficiency = 25 ÷ 35%.

Тепловые и атомные станции приносят ощутимый вред природе, вызывая тепловое загрязнение. Тепловые станции - выбрасывают много вредных газов и пыли. Атомные станции - производят радиоактивные отходы, хранение которых представляет долговременную проблему.Thermal and nuclear plants do significant harm to nature, causing thermal pollution. Heat stations - emit a lot of harmful gases and dust. Nuclear plants - produce radioactive waste, the storage of which is a long-term problem.

Известны также способы выработки энергии на гидроэлектростанциях, ветровых энергетических установках, приливных электростанциях, солнечных теплоэлектрогенераторах, из растительных масел (биодизель) и др. Существующая «Альтернативная Энергетика» способна решать локальные проблемы, но бесперспективна для РФ в силу своей «маломощности» (академик П.Капица) и моральной устарелости. Она базируется на допотопных идеях южных народов. Доказано, что такая энергетика, никогда не заменит «Большую энергетику» для цивилизации, а тем более для такой холодной страны, как РФ.There are also known methods of generating energy at hydroelectric power plants, wind power plants, tidal power plants, solar thermal power generators, from vegetable oils (biodiesel), etc. The existing “Alternative Energy” is capable of solving local problems, but is unpromising for the Russian Federation because of its “low power” (academician P .Kapitsa) and moral obsolescence. It is based on the antediluvian ideas of the southern peoples. It is proved that such energy will never replace the "Big Energy" for civilization, and even more so for such a cold country like the Russian Federation.

Использование энергии окружающей среды, с помощью установок Тепловых Насосов (ТНУ), нашло широкое применение за рубежом, где ежегодно продается около одного млн. ТНУ в год. Вместе с тем, ТНУ присущи принципиальные недостатки, связанные с обратным термодинамическим циклом по которому работает ТНУ. Эффективность (СОР) ТНУ не превышает 3-4 ед., и падает при увеличении температурного градиента (Тг-Тх), что не позволяет использовать их для получения электроэнергии [1].The use of environmental energy, with the help of heat pump units (HPU), has been widely used abroad, where about one million HPU is sold annually. At the same time, HPIs have inherent fundamental disadvantages associated with the reverse thermodynamic cycle through which HPIs work. The efficiency (SOR) of HPI does not exceed 3-4 units, and decreases with increasing temperature gradient (Tg-Tx), which does not allow them to be used to generate electricity [1].

Известна «Криогенная газотурбинная установка с замкнутой схемой (патент RU 2131045 от 16.06.1997, кл. F01K 25/10), содержащая последовательно соединенные в циркуляционном контуре: конденсатор, насос, теплообменник и турбину. Нагрев рабочего тела в установке осуществляется передачей лучистой энергии стенками герметичного корпуса, имеющими температуру окружающей среды, к поверхностям охлаждающего экрана и ресивера-перегревателя. Данная электростанция имеет низкую производительность по выработке электрической энергии, так как имеет теплообменник с неразвитой поверхностью, а теплообмен осуществляется передачей лучистой энергии стенками корпуса, имеющими температуру окружающей среды.The well-known "Cryogenic gas turbine installation with a closed circuit (patent RU 2131045 from 06.16.1997, class F01K 25/10), containing serially connected in the circulation circuit: condenser, pump, heat exchanger and turbine. The heating of the working fluid in the installation is carried out by transferring radiant energy to the walls of the sealed enclosure having an ambient temperature to the surfaces of the cooling screen and the receiver-superheater. This power plant has low productivity for generating electric energy, as it has a heat exchanger with an undeveloped surface, and heat transfer is carried out by the transfer of radiant energy to the walls of the casing, which have an ambient temperature.

Наиболее близким аналогом к заявленному устройству и является «Устройство для извлечения тепловой энергии из воздуха окружающей среды с целью выработки электроэнергии и пресной воды», патент RU 2219370, от 16.12. 2002, F03G 7/04, F01K 25/00. Устройство, содержит испаритель жидкого азота с подогревателем, компрессор для сжатия испарившегося газа, нагреватель сжатого азота теплом воздуха окружающей среды, турбину или каскад турбин, работающих на подогретом азоте, трубопроводы, соединяющие конструктивные элементы. При этом трубопровод от испарителя до компрессора выполнен теплоизолированным, а трубопровод от компрессора до турбины или каскада турбин - не теплоизолированным. Для дополнительного охлаждения выходящего из турбины или каскада турбин рабочего газа азота выполнен холодильник в виде змеевика, погруженного в жидкий азот.The closest analogue to the claimed device is “A device for extracting thermal energy from ambient air in order to generate electricity and fresh water”, patent RU 2219370, dated 16.12. 2002, F03G 7/04, F01K 25/00. The device comprises a liquid nitrogen evaporator with a heater, a compressor for compressing the vaporized gas, a compressed nitrogen heater with ambient air heat, a turbine or cascade of turbines operating on heated nitrogen, pipelines connecting structural elements. In this case, the pipeline from the evaporator to the compressor is thermally insulated, and the pipeline from the compressor to the turbine or turbine cascade is not thermally insulated. For additional cooling of the working nitrogen gas leaving the turbine or cascade of turbines, a refrigerator is made in the form of a coil immersed in liquid nitrogen.

Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:

1. Использование электронагрева жидкого азота в испарителе и использование компрессора для сжатия рабочего тела, что снижает КПД установки.1. The use of electric heating of liquid nitrogen in the evaporator and the use of a compressor to compress the working fluid, which reduces the efficiency of the installation.

2. Использование для нагрева рабочего тела воздуха окружающей среды, что снижает производительность установки, из-за низкого теплосодержания воздуха и значительных колебаний температуры воздуха во времени.2. The use of ambient air for heating the working fluid, which reduces the productivity of the installation, due to the low heat content of the air and significant fluctuations in air temperature over time.

3. Используется незамкнутый цикл по азоту, что требует регулярного поступления жидкого азота из «вне» для обеспечения работы устройства.3. An open nitrogen cycle is used, which requires regular supply of liquid nitrogen from the “outside” to ensure the operation of the device.

4. Велики энергозатраты на удаление отработанного охлажденного воздуха, который придется отводить перекачкой по трубопроводу, так как он тяжелее окружающего воздуха.4. Great energy costs for the removal of spent chilled air, which will have to be diverted by pumping through the pipeline, since it is heavier than ambient air.

Технической задачей и положительным техническим результатом данного устройства является преобразование потенциальной энергии воды, а конкретно энергии фазового перехода вода-лед в электроэнергию.The technical problem and the positive technical result of this device is the conversion of the potential energy of water, and specifically the energy of the water-ice phase transition into electricity.

Указанная техническая задача и технический результат разработанного технического устройства заключаются в том, чтоThe specified technical problem and the technical result of the developed technical device are that

Криогенная гидроэлектростанция включает: теплообменные устройства для бестопливного нагрева криогенного рабочего тела при постоянном объеме, детандер для адиабатного расширения рабочего тела, конденсационную установку и испаритель, криогенные циркуляционные насосы и канальные вентиляторы, криосепараторы пара, паровые турбины с электрогенераторами, питательный бак-криостат, при этом в ее в рабочем контуре установлены теплообменники типа «вода-пар» для нагрева рабочего тела водой, устойчивые к образованию льда, она также имеет внутренний криохолодильник достаточный для компенсации потерь холода в рабочем контуре и двигатель с внешним подводом теплоты, связанный с электрогенератором.A cryogenic hydroelectric power station includes: heat exchangers for fuel-free heating of a cryogenic working fluid at a constant volume, an expander for adiabatic expansion of the working fluid, a condensing unit and an evaporator, cryogenic circulation pumps and duct fans, steam cryo separators, steam turbines with electric generators, and a feed cryostat, while in it in the working circuit there are installed water-steam heat exchangers for heating the working fluid with water, resistant to ice formation, it also has an internal nny krioholodilnik sufficient to compensate for losses in the cold working circuit and the motor with an external supply of heat associated with the electric generator.

Криогенная гидроэлектростанция характеризуется тем, что в качестве двигателя с внешним подводом теплоты используют двигатель Стерлинга.A cryogenic hydroelectric power station is characterized by the fact that a Sterling engine is used as an engine with an external supply of heat.

Криогенная гидроэлектростанция характеризуется также тем, что в качестве пароперегревателей используют морозильные камеры.The cryogenic hydroelectric power station is also characterized by the fact that freezers are used as superheaters.

Криогенная гидроэлектростанция, отличающаяся тем, что в конденсационной установке используют конденсатор смешения.A cryogenic hydroelectric power plant, characterized in that a mixing capacitor is used in the condensation installation.

Криогенная гидроэлектростанция использует оборудование устойчивое к воздействию морской воды.The cryogenic hydroelectric power station uses equipment resistant to sea water.

Криогенная гидроэлектростанция, оригинальная также тем, что она установлена на подвижной платформе.Cryogenic hydroelectric power station, also original in that it is installed on a mobile platform.

Принципиальная схема реализации предложенного устройства представлена на фиг.1 и фиг.2.A schematic diagram of the implementation of the proposed device is presented in figure 1 and figure 2.

Сущность технического предложения заключается в том, что предложено устройство позволяющие осуществлять преобразование энергии фазового перехода «вода-лед» в электроэнергию путем управляемого процесса теплообмена между водой и рабочим телом с начальной криогенной температурой, с последующим нагревом рабочего тела до температур близких к начальной температуре воды и охлаждением воды до температуры плавления льда или ниже.The essence of the technical proposal lies in the fact that a device is proposed that allows the energy of the water-ice phase transition to be converted into electricity by means of a controlled heat exchange process between water and a working fluid with an initial cryogenic temperature, followed by heating of the working fluid to temperatures close to the initial water temperature and cooling water to an ice melting point or lower.

Представленное на фиг.1 Устройство, содержит три замкнутых контура циркуляции и включает в себя:Presented in figure 1, the Device contains three closed circuits and includes:

- основной контур, для циркуляции рабочего тела (пар криогенной жидкости), объединяющий, в том числе: турбодетандер (ТД) 1, механически соединенный с электрогенератором (ЭГ) 2, конденсатор-испаритель (КИ) 3, паросепаратор (ПС) 4, канальный вентилятор (KB) 5, теплообменник-конденсатор (ТК) внутреннего криохолодильника (КХ) 6, холодный цилиндр (ХЦ) 11 двигателя Стерлинга (ДС) 10, теплообменник (ТМ) 14 внешнего морозильника (ВМ) 15, канальный вентилятор (KB) 16, межфазный теплообменник (ТФ) 17 нагреваемый технической холодной водой (ТХВ), теплообменник низкопотенциального тепла (ТТ) 18 нагреваемый технической теплой водой (ТТВ);- the main circuit for the circulation of the working fluid (cryogenic liquid vapor), combining, including: a turboexpander (TD) 1, mechanically connected to an electric generator (EG) 2, a condenser-evaporator (KI) 3, a steam separator (PS) 4, channel fan (KB) 5, heat exchanger-condenser (TC) of the internal cryo-refrigerator (KX) 6, cold cylinder (HC) 11 of the Sterling engine (DS) 10, heat exchanger (TM) 14 of the external freezer (BM) 15, duct fan (KB) 16 , interphase heat exchanger (TF) 17 heated by technical cold water (ТХВ), low-grade heat exchanger heat ceiling elements (TT) 18 Heated technical warm water (HWS);

- контур охлаждения, для циркуляции криогенной жидкости, объединяющий: бак-криостат 7 с криогенной жидкостью, крионасосы КН 8 и КН 9, теплообменник-испаритель (ТИ) 19 внутреннего криохолодильника 6, конденсатор-испаритель (КИ) 3;- cooling circuit for the circulation of cryogenic liquid, combining: a cryostat tank 7 with cryogenic liquid, cryogenic pumps KN 8 and KN 9, heat exchanger-evaporator (TI) 19 of the internal cryo-refrigerator 6, condenser-evaporator (KI) 3;

- контур хладагента криохолодильника 6, работающего по обратному циклу Карно (идеальный цикл термостатирования, в области влажного пара), включает: компрессор (К) 20 для изоэнтропийного сжатия и детандер (Д) 21 для изоэнтропийного расширения, а также теплообменник-конденсатор (ТК) 19 и теплообменник-испаритель (ТИ) 22, обеспечивающие обратимые процессы передачи теплоты [2].- the refrigerant circuit of the cryo-refrigerator 6 operating according to the reverse Carnot cycle (ideal thermostating cycle in the area of wet steam) includes: a compressor (K) 20 for isentropic compression and an expander (D) 21 for isentropic expansion, as well as a heat exchanger-condenser (TC) 19 and a heat exchanger-evaporator (TI) 22, providing reversible processes of heat transfer [2].

Устройство, также включает: двигатель Стирлинга] 0, механически соединенный с электрогенератором ЭГ 12, включающий холодный (ХЦ) 11 и горячий (ГЦ) 13, цилиндры.The device also includes: Stirling engine] 0, mechanically connected to the electric generator EG 12, including cold (HC) 11 and hot (HZ) 13, cylinders.

К устройству подключена внешняя морозильная камера (МК) 15, для отдачи промышленного холода потребителям.An external freezer (MK) 15 is connected to the device to return industrial cold to consumers.

В качестве примера приведена работа Устройства на хладагенте R729 (атмосферный воздух). Температура ТХВ=277 К (4°C), ТТВ=297 К (24°C), температура кипения хладагента при нормальном давлении 81,4 К.As an example, the device’s operation on R729 refrigerant (atmospheric air) is given. The temperature ТХВ = 277 К (4 ° C), ТТВ = 297 К (24 ° C), the boiling point of the refrigerant at a normal pressure of 81.4 K.

Устройство работает следующим образом. Нагретый до максимально возможной температуры 293 К, при постоянном объеме, в теплообменниках 14, 17 и 18, полученный пар поступает в турбину 1, где происходит преобразование теплоты в механическую работу, а затем в электрическую энергию в электрогенераторе 2. Отработанный пар поступает в конденсатор-испаритель 3, где отдает остаточную теплоту охлаждающей жидкости (жидкому воздуху) поступающей при Т=62,4 К из криохолодильника 6, посредством крионасоса 23. КИ 3 представляет собою конденсатор смешения аналогичный устройству [3], при поступлении в него теплого пара и холодной жидкости происходит интенсивный теплообмен, при этом пар конденсируется, отдавая теплоту конденсации, а жидкость испаряется, за счет получаемой теплоты конденсации. Получаемая смесь пара и жидкости R729, при Т=81,4 К поступает в паросепаратор 4, где происходит ее разделение на пар и жидкость. Жидкость посредством крионасоса КН 8 поступает в бак-криостат служащий накопителем, а затем посредством крионасоса 9 направляется в криохолодильник 6.The device operates as follows. Heated to the maximum possible temperature of 293 K, with a constant volume, in heat exchangers 14, 17 and 18, the resulting steam enters the turbine 1, where the heat is converted into mechanical work, and then into the electric energy in the electric generator 2. The spent steam enters the condenser - evaporator 3, where it gives off the residual heat of the coolant (liquid air) supplied at T = 62.4 K from the cryo-refrigerator 6, by means of a cryopump 23. KI 3 is a mixing condenser similar to the device [3], when it enters it warm steam and cold liquid intensive heat exchange occurs, while the steam condenses, giving up the heat of condensation, and the liquid evaporates due to the heat of condensation. The resulting mixture of steam and liquid R729, at T = 81.4 K, enters the steam separator 4, where it is divided into steam and liquid. The liquid through the KN 8 cryopump enters the cryostat tank that serves as a storage device, and then through the cryopump 9 it is sent to the cryo-refrigerator 6.

Полученный пар канальным вентилятором KB 5 направляется в криохолодильник 6, где нагревается теплом отбираемым у охлаждаемой жидкости до Т~120 К, после чего пар поступает на охлаждение обдувом холодного цилиндра 11 ДС 10. На выходе из паропровода пар расширяется и за счет дроссельного эффекта охлаждается до Т=81,4 К. За счет перемешивания пара в ДС 10, его температура повышается примерно до Т=130 К. После этого пар, посредством KB 16, последовательно проходит через теплообменники TP 14, TP 17, ТТ 18, и при Т=293 К попадает в ТД 1. Цикл Ренкина окончен.The steam obtained by channel fan KB 5 is sent to a cryo-refrigerator 6, where it is heated by heat taken from the cooled liquid to T ~ 120 K, after which the steam is supplied to cooling by blowing a cold cylinder 11 ДС 10. At the outlet of the steam pipe, the steam expands and, due to the throttle effect, is cooled to T = 81.4 K. Due to the mixing of the steam in DS 10, its temperature rises to approximately T = 130 K. After this, the steam, through KB 16, passes through the heat exchangers TP 14, TP 17, TT 18 in series, and at T = 293 K falls into TD 1. The Rankine cycle is over.

Устройство производит промышленный холод, который из ТМ 14 отбирается хладоносителем (криогенной жидкостью), посредством циркуляции организуемой крионасосом 24, поступает в морозильник МК 15, где используется потребителями по назначению.The device produces industrial cold, which is selected from TM 14 by a coolant (cryogenic liquid), through circulation organized by a cryopump 24, enters the MK 15 freezer, where it is used by consumers for their intended purpose.

Двигатель Стерлинга [4] используется в Устройстве для дополнительного получения электроэнергии, за счет организованного в цикле Ренкина самоохлаждения рабочего тела. Как все двигатели внешнего подвода тепла, ДС 10 работает от перепада температур между разными средами, в данном случае, охлажденного пара рабочего тела и ТТВ (ТХВ).The Stirling engine [4] is used in the Device for additional energy production, due to self-cooling of the working fluid organized in the Rankine cycle. Like all engines of external heat supply, DS 10 operates from a temperature difference between different environments, in this case, cooled steam of the working fluid and TTW (TXV).

Работу Устройства контролируем измерением температуры пара рабочего тела и воды. В управлении процессом участвует АСУТП (условно не показана), куда поступает информация от датчиков и откуда (на основании математической модели процесса) выдаются команды на исполнительные устройства.The operation of the device is controlled by measuring the temperature of the vapor of the working fluid and water. The process control system (not shown conditionally) is involved in the process control, where the information from the sensors comes from and where (based on the mathematical model of the process) commands are issued to the actuators.

На фиг.2А, изображен цикл Ренкина на перегретом паре в TS-диаграмме.On figa, shows the Rankine cycle on an overheated pair in the TS diagram.

На фиг.2Б, изображен цикл Стерлинга на в PV-диаграмме.On figb, depicts the Sterling cycle in the PV diagram.

Теплотворная способность воды (Нв) равна разности энтальпий воды и льда и определяется выражением[5]:The calorific value of water (HB) is equal to the difference between the enthalpies of water and ice and is determined by the expression [5]:

Нв=335+4,19(Т-То) [кДж/кг]; где: Т и То - температура воды и температура плавления льда, соответственно, [К].HB = 335 + 4.19 (T-To) [kJ / kg]; where: T and To are the water temperature and the melting point of ice, respectively, [K].

Теоретическую мощность ТД 1 рассчитывают по формуле:The theoretical power of TD 1 is calculated by the formula:

Nт=(hг-hх)·m, [Вт]; где: m - секундный расход пара, [1 кг/с]; hг, hх - энтальпия на горячего и холодного пара [6], соответственно, [кДж/кг].N t = (h g -h x ) · m, [W]; where: m is the second flow rate of steam, [1 kg / s]; h g , h x - enthalpy of hot and cold steam [6], respectively, [kJ / kg].

Снимаемая электрическая мощность с ЭГ 2 рассчитывается по формуле:The removed electric power with EG 2 is calculated by the formula:

N2э·ηа·Nт[BT]; где: ηэ, ηа - электрический КПД генератора (0,8), и адиабатический КПД турбодетандера (0,85), соответственно.N 2 = η e · η a · N t [BT]; where: η e , η a is the electric efficiency of the generator (0.8), and the adiabatic efficiency of the turboexpander (0.85), respectively.

Холодильный коэффициент рассчитывался по формуле: f=Тх/(Тг-Тх)·ηк·ηа; где ηк - КПД компрессора (0,74).The refrigeration coefficient was calculated by the formula: f = Tx / (Tg-Tx) · η k · η a ; where η k is the compressor efficiency (0.74).

Процессы, происходящие в цикле Ренкина (фиг.2А):The processes occurring in the Rankine cycle (figa):

- (а-b) - в турбодетандере ТД 1 нагретый пар расширяется адиабатически и выдает энергию q1 на генератор ЭГ 2;- (a-b) - in the TD 1 turboexpander, the heated steam expands adiabatically and generates energy q 1 to the EG 2 generator;

- (b-b/) - пар конденсируется в КИ 3 и отдает тепло q2 охлаждающей криогенной жидкости при постоянном давлении;- (bb /) - steam condenses in CI 3 and gives heat q 2 cryogenic cooling fluid at constant pressure;

- (b/-с) - криогенная жидкость нагревается в КИ 3 теплом пара q2;- (b / -s) - the cryogenic liquid is heated in KI 3 with steam heat q 2 ;

- (с-c/) - кипение криогенной жидкости и превращение ее в пар в КИ 3, под воздействием q2;- (c-c / ) - boiling of the cryogenic liquid and its conversion into steam in KI 3, under the influence of q 2 ;

- (с/-d) - пар нагревается в конденсаторе внутреннего холодильника ТК 19 теплом q3;- (s / -d) - the steam is heated in the condenser of the internal refrigerator TK 19 with heat q 3 ;

- (d-е) - пар адиабатически сжимается канальными вентиляторами KB 5 и KB 16, затраты энергии q4;- (d-e) - the steam is adiabatically compressed by channel fans KB 5 and KB 16, energy consumption q 4 ;

- (е-а) - пар нагревается теплом из морозильника МК 15, теплом подводимой воды ТФ 17 и ТТ 18 и подается на ТД 1. Цикл закончен.- (e-a) - the steam is heated by heat from the MK 15 freezer, by the heat of the supplied water TF 17 and TT 18 and fed to TD 1. The cycle is completed.

Двигатель Стерлинга ДС 10 работает за счет теплового расширения газа, и последующего сжатия, после охлаждения. Верхняя часть горячего цилиндра ГЦ 13 с поршнем постоянно разогревается внешним источником тепла (водой), в то время как верхняя часть холодного цилиндра ХЦ 11 с поршнем постоянно охлаждается (холодный пар рабочего тела). Поршни закреплены на коленчатом валу так, что обеспечивают сдвиг по фазе на 90 градусов, т.е. в то время, как горячий поршень достигает верхнего положения, холодный находится в среднем положении, двигаясь вправо. При этом выделяется мощность, часть которой запасается маховиком. Процессы происходящие в цикле Стерлинга (фиг.2Б):The Sterling DS 10 engine works by thermal expansion of the gas, and subsequent compression, after cooling. The upper part of the hot cylinder ГЦ 13 with the piston is constantly heated by an external heat source (water), while the upper part of the cold cylinder ХЦ 11 with the piston is constantly cooled (cold steam of the working fluid). The pistons are mounted on the crankshaft so that they provide a phase shift of 90 degrees, i.e. while the hot piston reaches its upper position, the cold piston is in the middle position, moving to the right. In this case, power is allocated, part of which is stored by the flywheel. The processes occurring in the Sterling cycle (figb):

- этап (g-h) - охлаждение газа при постоянном объеме;- stage (g-h) - gas cooling at a constant volume;

- этап (h-j) - холодный поршень двигается вправо, сжимая охлажденный газ при постоянной температуре;- stage (h-j) - the cold piston moves to the right, compressing the cooled gas at a constant temperature;

- этап (j-f) - холодный поршень вытесняет охлажденный и сжатый газ в горячий цилиндр ГЦ 13, тот разогревается при постоянном объеме;- stage (j-f) - a cold piston displaces the cooled and compressed gas into the hot cylinder of the HZ 13, it is heated at a constant volume;

- этап (f-g) - горячий газ расширяется, толкая поршень в горячем цилиндре вниз. Цикл закончен.- stage (f-g) - the hot gas expands, pushing the piston in the hot cylinder down. The cycle is over.

Снимаемая электрическая мощность с ЭГ 12 рассчитывается по формуле: N12э·(Тг-Тх/Тг)(hг-hх)·m, [Вт].Removable electrical power from the EG 12 is calculated by the formula: N 12 = η · e (Tg-Tx / Tx) (h x g -h) · m, [W].

В Табл.1, Табл.2, Табл.3 представлены исходные данные, промежуточные данные и результаты расчетов.Table 1, Table 2, and Table 3 show the initial data, intermediate data, and calculation results.

В Табл.1 представлены исходные данные для расчетов.Table 1 presents the initial data for the calculations.

В Табл.2 представлены Температуры и Энтальпии рабочих тел в характерных точках.Table 2 presents the Temperatures and Enthalpies of the working fluid at characteristic points.

В Табл.3 представлены результаты расчетов.Table 3 presents the calculation results.

Таблица 1.Table 1. Основные физические свойств воздуха (R 729)[7].Basic physical properties of air (R 729) [7]. No. ПараметрParameter Ед. измеренияUnits measuring ЗначениеValue 1one Теплоемкость параSteam heat capacity кДж/кгКkJ / kgK 1,0031.003 22 Теплоемкость жидкостиHeat capacity of the liquid кДж/кгКkJ / kgK 1,971.97 33 Температура кипенияBoiling temperature КTO 81,3581.35 4four Температура замерзанияFreezing temperature КTO 60,1560.15 66 Теплота парообразованияHeat of vaporization кДж/кгkJ / kg 205,4205,4 Таблица 2.Table 2. Температуры и Энтальпии рабочих тел в характерных точках[6]Temperatures and Enthalpies of working fluid at characteristic points [6] Состояние рабочего тела в характерной точке циклаThe state of the working fluid at a characteristic point in the cycle Температура в теплообменниках (холл./гор.) и характерных точках, К.Temperature in heat exchangers (hall / mountains) and characteristic points, K. Энтальпии, рабочих тел, кДж/кгEnthalpy, working fluid, kJ / kg ТТВ=277 КTTV = 277 K ТТВ=297 КTTV = 297 K ТТВ=277 КTTV = 277 K ТТВ=297 КTTV = 297 K Криожидкость в КН 23Cryoliquidity in KH 23 64,864.8 6363 67,267.2 63,663.6 Пар на ХЦ 11Steam at HC 11 85/81,485 / 81.4 85/81,485 / 81.4 309309 309309 Пар на ТК 19Steam on TK 19 112/110112/110 119,5/117,5119.5 / 117.5 -- -- Пар на ГЦ 13, Пар на ТФ 17Steam at GTs 13, Steam at TF 17 277/273277/273 -- 497,6497.6 -- Пар на ГЦ 13, Пар на ТТ 18Steam at HZ 13, Steam at TT 18 -- 297/293297/293 -- 517,7517.7 Хладоноситель на ТМ 14/ПарCoolant on TM 14 / Steam 132/128132/128 132/128132/128 -- -- Пар на входе КИ 3Steam at the input of KI 3 ПОBY 112112 334,2334.2 337,2337.2

Табл.3.Table 3. Результаты расчетов энергетических показателейThe results of the calculation of energy indicators Статьи энергетического балансаEnergy Balance Articles Первый вариант ТТВ=277 КThe first version of TTTV = 277 K Второй вариант ТТВ=297 КThe second option TTV = 297 K 1. Приходные статьи.1. Incoming articles. 1.1. Приход электроэнергии от ЭГ2 кВт/с:1.1. Electricity supply from EG2 kW / s: 130.6130.6 144.2144.2 1.2. Приход электроэнергии от ЭГ12, кВт/с:1.2. Electric power supply from EG12, kW / s: 105.8105.8 120.4120.4 Приход электроэнергии кВт/с, ИТОГО:Electricity arrival kW / s TOTAL: 236.4236.4 264.6264.6 2. Расходные статьи2. Consumables Электроэнергия на компенсацию потерь холода, кВт/с:Electricity to compensate for cold losses, kW / s: 38.738.7 55.255.2 Расход Электроэнергии на крионасосы (4.2 м3/ч=3.5 кВт), кВт/с:Electricity consumption for cryopumps (4.2 m3 / h = 3.5 kW), kW / s: 4×3.5=144 × 3.5 = 14 14fourteen Расход Электроэнергии на канальные вентиляторы пара (4650 м3=10кВт) кВт/с:Electric energy consumption for channel steam fans (4650 m3 = 10kW) kW / s: 2×40=802 × 40 = 80 8080 2×10=202 × 10 = 20 20twenty Расход электроэнергии, кВт/с, ИТОГО:Power consumption, kW / s, TOTAL: 72.772.7 89.289.2 Приход электроэнергии, кВт/с, ВСЕГО:The arrival of electricity, kW / s, TOTAL: 163.7163.7 175.4175.4 Производительность электроэнергии, кВт/ч:Electricity productivity, kW / h: 163.7163.7 175.4175.4 Расход воды, м куб./ч.Water consumption, m3 / h 4four 4four КПДEfficiency 40.9%40.9% 43.9%43.9%

Таким образом, разработанная Криогенная гидроэлектростанция, включает все необходимые агрегаты и устройства для реализации актуальной проблемы: разработка технологий, которые базировались бы на использовании возобновляемой экологической энергии фазового перехода «вода-лед». Достоинством предлагаемого устройства является возможность, кроме электроэнергии, производить даровой промышленный холод, так как в современном мире проблема получения холода связана с большими затратами электроэнергии.Thus, the developed Cryogenic Hydroelectric Power Station includes all the necessary units and devices for the implementation of an urgent problem: the development of technologies that would be based on the use of renewable environmental energy of the “water-ice” phase transition. The advantage of the proposed device is the ability, in addition to electricity, to produce free industrial cold, since in the modern world the problem of obtaining cold is associated with high energy costs.

Выработанная предлагаемым устройством электроэнергия после использования, в конечном счете, вернется в окружающую среду в виде тепла, в результате чего не будут происходить экологические изменения. Устройство является экологически безопасным. Его применение при использовании, даст не только большой экономический эффект, но и качественно изменит саму энергетику.The electricity generated by the proposed device after use will ultimately return to the environment in the form of heat, as a result of which environmental changes will not occur. The device is environmentally friendly. Its use when used will give not only a great economic effect, but also qualitatively change the energy industry itself.

Источники информации:Information sources:

1. Е.И., Левин Л.А. Промышленные тепловые насосы. - М.: Энергоатомиздат, 1989.1. E.I., Levin L.A. Industrial heat pumps. - M .: Energoatomizdat, 1989.

2. . Холодильные Процессы.2.. Refrigeration Processes.

3. Патент РФ №2073185 от 13.04.1992, «Конденсатор смешения», Кривощапов Ю.М.3. RF patent No. 2073185 of 04/13/1992, "Mixing capacitor", Krivoshchapov Yu.M.

4. Г.Ридер., Ч.Хупер. Двигатели Стерлинга. М, Изд. “Мир”, 1986.4. G. Reeder., C. Hooper. Stirling Engines. M, Publ. The World, 1986.

5. Исследование процессов во влажном воздухе: лабораторная работа / сост.: В.И.Ляшков, В.А.Русин. - Тамбов: Изд. Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. - 28 с.5. The study of processes in humid air: laboratory work / comp .: V.I. Lyashkov, V. A. Rusin. - Tambov: Ed. Tamb. state tech. University, 2008 .-- 28 p.

6. Термодинамические диаграммы i-IgP для хладагентов. М.: АВИСАНКО, 2003. - 50 с.6. Thermodynamic diagrams of i-IgP for refrigerants. M .: AVISANKO, 2003 .-- 50 p.

7. Барон Р.Ф. Криогенные системы. - М: Энергоатомиздат, 1989. - 408 с.7. Baron R.F. Cryogenic systems. - M: Energoatomizdat, 1989 .-- 408 p.

Claims (4)

1. Криогенная гидроэлектростанция включающая теплообменные устройства для бестопливного нагрева криогенного рабочего тела при постоянном объеме, детандер для адиабатного расширения рабочего тела, конденсационную установку и испаритель, криогенные циркуляционные насосы и канальные вентиляторы, криосепараторы пара, паровые турбины с электрогенераторами, питательный бак-криостат, отличающаяся тем, что она снабжена теплообменниками, установленными в рабочем контуре технического комплекса криогенной гидроэлектростанции, при этом используют теплообменники типа «вода-пар», для нагрева рабочего тела водой, устойчивые к образованию льда, она также имеет внутренний криохолодильник, достаточный для компенсации потерь холода в рабочем контуре, и двигатель с внешним подводом теплоты, связанный с электрогенератором.1. Cryogenic hydroelectric power station including heat exchangers for fuel-free heating of a cryogenic working fluid with a constant volume, an expander for adiabatic expansion of the working fluid, a condensing unit and an evaporator, cryogenic circulation pumps and duct fans, steam cryo separators, steam turbines with electric generators, feeding tank-cryostat, characterized the fact that it is equipped with heat exchangers installed in the working circuit of the technical complex of the cryogenic hydroelectric power station, while they use water-steam heat exchangers, which are resistant to ice formation to heat the working fluid with water, it also has an internal cryo-refrigerator sufficient to compensate for cold losses in the working circuit, and an engine with an external heat supply connected to the electric generator. 2. Криогенная гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве двигателя с внешним подводом теплоты используют двигатель Стирлинга.2. The cryogenic hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that a Stirling engine is used as an external heat supply engine. 3. Криогенная гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве пароперегревателей используют морозильные камеры.3. The cryogenic hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that freezers are used as superheaters. 4. Криогенная гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что в конденсационной установке используют конденсатор смешения.
Figure 00000001
4. The cryogenic hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that a mixing capacitor is used in the condensation installation.
Figure 00000001
RU2009143569/22U 2009-11-24 2009-11-24 CRYOGENIC HYDRO POWER PLANT RU92110U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009143569/22U RU92110U1 (en) 2009-11-24 2009-11-24 CRYOGENIC HYDRO POWER PLANT

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009143569/22U RU92110U1 (en) 2009-11-24 2009-11-24 CRYOGENIC HYDRO POWER PLANT

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU92110U1 true RU92110U1 (en) 2010-03-10

Family

ID=42135720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009143569/22U RU92110U1 (en) 2009-11-24 2009-11-24 CRYOGENIC HYDRO POWER PLANT

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU92110U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108317058A (en) * 2018-03-28 2018-07-24 天津融渌众乐科技有限公司 A kind of heat source of temperature difference driving utilizes system
USD980916S1 (en) * 2020-09-02 2023-03-14 Salt Capital Equity Group, LLC Game board

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108317058A (en) * 2018-03-28 2018-07-24 天津融渌众乐科技有限公司 A kind of heat source of temperature difference driving utilizes system
USD980916S1 (en) * 2020-09-02 2023-03-14 Salt Capital Equity Group, LLC Game board

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9038390B1 (en) Apparatuses and methods for thermodynamic energy transfer, storage and retrieval
Wu et al. An overview of ammonia-based absorption chillers and heat pumps
CN105736056B (en) Liquid air energy storage system
Meng et al. Performance evaluation of a solar transcritical carbon dioxide Rankine cycle integrated with compressed air energy storage
CN102230403A (en) Method and equipment for realizing low-temperature thermal power generation by cryogenic technology
RU92110U1 (en) CRYOGENIC HYDRO POWER PLANT
CN211116438U (en) Power generation and refrigeration combined cycle system based on ocean temperature difference energy
Zhang et al. Utilization of LNG cryogenic energy in a proposed method for inlet air cooling to improve the performance of a combined cycle
KR101315918B1 (en) Organic rankine cycle for using low temperature waste heat and absorbtion type refrigerator
US20160069594A1 (en) Re-cooling type air conditioning apparatus
Dumont et al. Thermo-technical approach to characterize the performance of a reversible heat pump/organic Rankine cycle power system depending on its operational conditions
CN109282397B (en) Novel energy storage air conditioning device and method based on air compression refrigeration cycle
CN107289665B (en) Regional energy supply system
US10184698B2 (en) Overlapping type freezing-force circulation refrigeration unit
Lu et al. Experimental investigation of a scroll expander for power generation part of a resorption cogeneration
Lu et al. Thermodynamics performance analysis of solar-assisted combined cooling, heating and power system with thermal storage
Ramkumar et al. Evaluating the performance of a hybrid cooling and heating power system using Carbon dioxide energy storage
CN106150700B (en) Seawater is cooling, mixes the efficient combustion engine inlet gas cooling device of low-temperature receiver
RU2812381C1 (en) Operating method of steam gas plant
WO2022225387A1 (en) System for utilizing coldness from lng regasification
RU2812135C1 (en) Method of operation of thermal power steam plant
RU148542U1 (en) AIR COOLING MACHINE
Erickson Extending the boundaries of ammonia absorption chillers.
CN103234302B (en) Liquid-circulation type heat pump device
Klimenko et al. Refrigeration generation using expander-generator units

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20121125