RU2755072C1 - Система для производства тепловой и электрической энергии на основе двигателя внешнего сгорания - Google Patents
Система для производства тепловой и электрической энергии на основе двигателя внешнего сгорания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2755072C1 RU2755072C1 RU2020144348A RU2020144348A RU2755072C1 RU 2755072 C1 RU2755072 C1 RU 2755072C1 RU 2020144348 A RU2020144348 A RU 2020144348A RU 2020144348 A RU2020144348 A RU 2020144348A RU 2755072 C1 RU2755072 C1 RU 2755072C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- combustion engine
- external combustion
- heat exchanger
- heat
- thermal
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 claims 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 abstract description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 2
- 230000002528 anti-freeze Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/053—Component parts or details
- F02G1/055—Heaters or coolers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено одновременно для получения тепловой и электрической энергии. Предложена система для производства тепловой и электрической энергии на основе двигателя внешнего сгорания, состоящая из котла 1 и двигателя внешнего сгорания 3, кинематически соединенного с электрогенератором 8. Внутри котла 1 расположен первичный теплообменник 2, соединенный с горячим теплообменником 4 двигателя внешнего сгорания 3 контуром 6 с жидким теплоносителем, а холодный теплообменник 5 двигателя внешнего сгорания 3 соединен вторичным контуром 10 со вторичным теплообменником 11, отдающим тепло потребителям, при этом оба контура снабжены насосами 12, 13. При этом двигатель внешнего сгорания может быть выполнен в виде двигателя Стирлинга, а в качестве жидкостного теплоносителя в контуре может циркулировать термомасло. Технический результат изобретения заключается в упрощении конструкции для получения тепла и электроэнергии, а также повышении эффективности передачи тела. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено одновременно для получения тепловой и электрической энергии.
Из существующего уровня техники известна комбинированная система для одновременного производства тепловой и электрической энергии на основе водогрейной котельной установки [RU 2261335, опубл. 27.09.2005], состоящая из водогрейного котла, системы теплоснабжения потребителей с сетевым насосом и линии подпиточной воды, двигателя внешнего сгорания (двигателя Стирлинга) с электрогенератором на одном валу, промежуточным контуром подогрева, состоящим из компрессора и теплообменника, расположенного в дымоходе котельной установки, проходящим через нагреватель двигателя Стирлинга, при этом линия подпиточной воды проходит через холодильник двигателя Стирлинга.
Недостатком данной комбинированной установки является невысокая эффективность процесса, обусловленная передачей тепла от дымовых газов, нагревающих теплоноситель теплообменника промежуточного контура, передающего тепло рабочей части двигателя Стирлинга.
Также из уровня техники известна бытовая комбинированная тепловая и энергетическая система [RU 2294045, опубл. 20.02.2007], содержащая бытовой комбинированный тепловой и энергетический агрегат с источником питания топливом, который вырабатывает отдаваемую электроэнергию и отдаваемое тепло, которое обеспечивает, по меньшей мере, часть бытовой потребности в тепле. При этом бытовой комбинированный тепловой и энергетический агрегат включает двигатель Стирлинга, содержащий горелку для подвода тепловой энергии к головке двигателя для приведения в действие элемента, совершающего возвратно-поступательное движение и обеспечивающего выработку электроэнергии посредством генератора переменного тока.
Недостатком данного технического решения является необходимость применения дорогого жидкого или газообразного топлива для нагрева головки двигателя Стирлинга и недостаточная гибкость системы при перераспределении тепловой и электрической энергии.
Также близким по технической сущности является автономная микро-ТЭЦ на газовом топливе с использованием свободнопоршневого двигателя Стирлинга [RU 2645107, опубл. 15.02.2018], включающая модуль электрогенерирующего устройства, в состав которого входит двигатель Стирлинга, основная газовая горелка, синхронный линейный генератор с постоянными магнитами и система охлаждения двигателя; а также модуль теплогенерирующего устройства, включающий теплогенератор, дополнительную газовую горелку и аварийный охладитель.
Основной технической проблемой данного изобретения является конструктивное разделение газовой горелки на две части - для нагрева головки двигателя Стирлинга и для нагрева теплогенератора, что влечет повышение конструктивной сложности и снижение КПД, на который также влияет отсутствие подогрева топлива и воздуха перед их воспламенением. Использование газа в качестве топлива приводит к повышению стоимости произведенной тепловой и электрической энергии.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является установка когенерационная на базе двигателя внешнего сгорания, предназначенная для энергообеспечения потребителя тепловой и электрической энергиями [RU 191262, опубл. 31.07.2019], содержащая котел с дымоходом для отвода тепла продуктов горения топлива потребителю тепловой энергии и нагрева рабочей части двигателя внешнего сгорания, кинематически связанного с генератором электрической энергии, подключенным к потребителю электрической энергии.
Недостатки данного устройства заключаются в сложности установки и невысокой эффективности передачи тепла к теплообменнику двигателя внешнего сгорания посредством газообразных продуктов горения.
Технический результат изобретения заключается в упрощении конструкции для получения тепла и электроэнергии, а также повышении эффективности передачи тела.
Технический результат достигается тем, что в системе для производства тепловой и электрической энергии на основе двигателя внешнего сгорания, состоящей из котла и двигателя внешнего сгорания, кинематически соединенного с электрогенератором, новым является то, что внутри котла расположен первичный теплообменник, соединенный с горячим теплообменником двигателя внешнего сгорания контуром с жидким теплоносителем, а холодный теплообменник двигателя внешнего сгорания соединен вторичным контуром со вторичным теплообменником, отдающим тепло потребителям, при этом оба контура снабжены насосами. При этом двигатель внешнего сгорания может быть выполнен в виде двигателя Стирлинга, а в качестве жидкостного теплоносителя в контуре может циркулировать термомасло.
Отличие заявляемого изобретения от наиболее близкого аналога заключается в том, что внутри котла расположен первичный теплообменник, соединенный с горячим теплообменником двигателя внешнего сгорания контуром с жидким теплоносителем, а холодный теплообменник двигателя внешнего сгорания соединен вторичным контуром со вторичным теплообменником, при этом оба контура снабжены насосами. При этом двигатель внешнего сгорания может быть выполнен в виде двигателя Стирлинга, а в качестве жидкостного теплоносителя в контуре может циркулировать термомасло.
Таким образом, перечисленные выше отличительные от прототипа признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях, и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется графическими материалами.
На фигуре 1 представлена принципиальная схема предложенной системы для производства тепловой и электрической энергии на основе двигателя внешнего сгорания.
Заявляемая система состоит из котла 1, в котором находится первичный теплообменник 2, двигателя внешнего сгорания 3 с горячим 4 и холодным 5 теплообменниками, соединенных контуром с жидким теплоносителем 6, кинематически связанного с двигателем внешнего сгорания посредством вала 7 электрогенератора 8, соединенного с электронным контролером 9. Холодный теплообменник 5 двигателя внешнего сгорания 35 соединен вторичным тепловым контуром 10 со вторичным теплообменником 11. Циркуляция теплоносителей в системе обеспечивается посредством насоса 12 контура с жидким теплоносителем 6 и насоса 13 вторичного теплового контура 10.
Данная система для производства тепловой и электрической энергии на основе двигателя внешнего сгорания работает следующим образом.
В котле 1 под действием тепла от сгорающего топлива в первичном теплообменнике 2 до необходимой температуры нагревается жидкий теплоноситель (например, термомасло), передающий тепло по контуру с жидким теплоносителем 6 на горячий теплообменник 4 двигателя внешнего сгорания 3, в свою очередь, передающий тепло рабочему телу (на фигуре отдельно не обозначено) двигателя внешнего сгорания 3. После чего остывший теплоноситель прокачивается сквозь насос 12 и возвращается на вход первичного теплообменника 2 внутри котла 1, где он опять нагревается.
Полученное двигателем внешнего сгорания 3 тепло преобразуется в механическую энергию, передающуюся посредством вала 7 на электрогенератор 8, вырабатывающий электрическую энергию, которая поступает на вход электронного контролера 9 и трансформируется в ток нужного напряжения и частоты для передачи во внешнюю сеть (потребителю).
Холодный теплообменник 5 двигателя внешнего сгорания 3 омывается жидким теплоносителем (вода, антифриз), циркулирующим по вторичному контуру 10 к вторичному теплообменнику 11 посредством насоса 13, и нагревает его. Вторичный теплообменник 11, в свою очередь, нагревает теплоноситель, поступающий к потребителям тепловой энергии (отдельно не обозначено).
Заявляемое техническое решение приводит к упрощению конструкции для получения тепла и электроэнергии, а также повышении эффективности передачи тела, поскольку наличие теплового контура с жидким теплоносителем исключает необходимость использования оребрения большой площади для теплообменника двигателя внешнего сгорания, а также кожуха большого сечения, передающего топочные газы от котла к горячему теплообменнику двигателя, ввиду их малой объемной теплоемкости и теплопроводности.
Хотя эффективность (КПД) двигателя внешнего сгорания при данных рабочих температурах составляет величину ~20-25%, использование вторичной тепловой энергии, отдаваемой двигателем внешнего сгорания, позволяет достичь интегральной эффективности данной системы для одновременного производства тепловой и электрической энергии в 85-90%. Такая эффективность обеспечивается минимальными теплопотерями только за счет теплоизлучения и конвекции от котла, двигателя и контура теплоносителя.
Claims (3)
1. Система для производства тепловой и электрической энергии на основе двигателя внешнего сгорания, состоящая из котла и двигателя внешнего сгорания, кинематически соединенного с электрогенератором, отличающаяся тем, что внутри котла расположен первичный теплообменник, соединенный с горячим теплообменником двигателя внешнего сгорания контуром с жидким теплоносителем, а холодный теплообменник двигателя внешнего сгорания соединен вторичным контуром со вторичным теплообменником, при этом оба контура снабжены насосами.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что двигатель внешнего сгорания выполнен в виде двигателя Стирлинга.
3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве жидкостного теплоносителя в контуре циркулирует термомасло.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020144348A RU2755072C1 (ru) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | Система для производства тепловой и электрической энергии на основе двигателя внешнего сгорания |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020144348A RU2755072C1 (ru) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | Система для производства тепловой и электрической энергии на основе двигателя внешнего сгорания |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2755072C1 true RU2755072C1 (ru) | 2021-09-13 |
Family
ID=77745438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020144348A RU2755072C1 (ru) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | Система для производства тепловой и электрической энергии на основе двигателя внешнего сгорания |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2755072C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114151223A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-03-08 | 成都中科氢阳能源科技有限公司 | 基于液态有机储氢和斯特林外燃机的氢燃料气电混合动力系统 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6484501B1 (en) * | 1998-02-03 | 2002-11-26 | Miturbo Umwelttechnik Gmbh & Co. Kg | Method of heat transformation for generating heating media with operationally necessary temperature from partly cold and partly hot heat loss of liquid-cooled internal combustion piston engines and device for executing the method |
| US20040031859A1 (en) * | 2000-05-26 | 2004-02-19 | Waalders Erwin Johannes Maria | Apparatus and method for combined generation of heat and electricity |
| US20050161521A1 (en) * | 2003-11-07 | 2005-07-28 | Guyer Eric C. | System and method for hydronic space heating with electrical power generation |
| RU55431U1 (ru) * | 2006-01-17 | 2006-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет (ГОУ ВПО НГТУ) | Когенерационная энергоустановка |
| CN104727871B (zh) * | 2015-01-30 | 2017-10-10 | 华北电力大学 | 一种有机朗肯‑斯特林机联合循环发电系统及其使用方法 |
| JP6237354B2 (ja) * | 2014-03-07 | 2017-11-29 | 株式会社デンソー | 熱回収発電システム |
-
2020
- 2020-12-30 RU RU2020144348A patent/RU2755072C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6484501B1 (en) * | 1998-02-03 | 2002-11-26 | Miturbo Umwelttechnik Gmbh & Co. Kg | Method of heat transformation for generating heating media with operationally necessary temperature from partly cold and partly hot heat loss of liquid-cooled internal combustion piston engines and device for executing the method |
| US20040031859A1 (en) * | 2000-05-26 | 2004-02-19 | Waalders Erwin Johannes Maria | Apparatus and method for combined generation of heat and electricity |
| US20050161521A1 (en) * | 2003-11-07 | 2005-07-28 | Guyer Eric C. | System and method for hydronic space heating with electrical power generation |
| RU55431U1 (ru) * | 2006-01-17 | 2006-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет (ГОУ ВПО НГТУ) | Когенерационная энергоустановка |
| JP6237354B2 (ja) * | 2014-03-07 | 2017-11-29 | 株式会社デンソー | 熱回収発電システム |
| CN104727871B (zh) * | 2015-01-30 | 2017-10-10 | 华北电力大学 | 一种有机朗肯‑斯特林机联合循环发电系统及其使用方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114151223A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-03-08 | 成都中科氢阳能源科技有限公司 | 基于液态有机储氢和斯特林外燃机的氢燃料气电混合动力系统 |
| CN114151223B (zh) * | 2021-12-28 | 2024-04-26 | 成都中科氢阳能源科技有限公司 | 基于液态有机储氢和斯特林外燃机的氢燃料气电混合动力系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102792021B (zh) | 利用由使用太阳能产生的蒸汽和/或热水发电的装置和方法 | |
| US5427086A (en) | Forced air furnace having a thermoelectric generator for providing continuous operation during an electric power outage | |
| GB2581043A (en) | Power conversion system for nuclear power generators and related methods | |
| CN102242698A (zh) | 分布式蓄能蓄热热电联产机组 | |
| KR101393315B1 (ko) | 냉각라인이 형성되는 잠열 열교환기 커버 | |
| RU2487305C1 (ru) | Тригенерационная установка на базе микротурбинного двигателя | |
| CN103161605A (zh) | 一种液体活塞斯特林发动机 | |
| RU2755072C1 (ru) | Система для производства тепловой и электрической энергии на основе двигателя внешнего сгорания | |
| KR100383559B1 (ko) | 열병합 발전을 이용한 소규모 지역난방 시스템 | |
| RU2161359C1 (ru) | Способ охлаждения турбогенератора | |
| ATE126323T1 (de) | Kombinierte gas-dampfturbinenanlage zur erzeugung elektrischer energie. | |
| CN205445801U (zh) | 节能型天然气加压装置 | |
| RU2162533C1 (ru) | Автономная теплоэнергетическая система для одновременного производства электроэнергии и тепла | |
| CN106050424A (zh) | 高效燃机进气冷却加热系统 | |
| RU2164615C1 (ru) | Теплоэнергетическая установка | |
| CN107567570B (zh) | 锅炉、锅炉的热交换器和锅炉的门 | |
| CN210370994U (zh) | 柴油发电机冬季保温装置 | |
| RU183358U1 (ru) | Когенерационная энергетическая установка | |
| CN208688023U (zh) | 一种生物质水冷炉排冷却水的余热利用系统 | |
| RU2002122379A (ru) | Система энергообеспечения | |
| KR101262669B1 (ko) | 소형 열병합발전기의 보조보일러 배기구조 | |
| RU177847U1 (ru) | Водогрейный котел | |
| RU2830789C1 (ru) | Устройство для утилизации теплоты передвижной электростанции буровой установки | |
| KR101612897B1 (ko) | 열전발전 기반의 가정용 초소형 열병합 발전 시스템 | |
| CN218671638U (zh) | 循环节能多重加热天然气供给系统 |