RU2768438C2 - Method of generating heat and electric power and a thermal electric generator - Google Patents
Method of generating heat and electric power and a thermal electric generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2768438C2 RU2768438C2 RU2019142026A RU2019142026A RU2768438C2 RU 2768438 C2 RU2768438 C2 RU 2768438C2 RU 2019142026 A RU2019142026 A RU 2019142026A RU 2019142026 A RU2019142026 A RU 2019142026A RU 2768438 C2 RU2768438 C2 RU 2768438C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- heat pump
- internal combustion
- generator
- combustion engine
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 24
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 15
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 241000711969 Chandipura virus Species 0.000 description 6
- 208000015951 Cytophagic histiocytic panniculitis Diseases 0.000 description 6
- AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O thiamine pyrophosphate Chemical compound CC1=C(CCOP(O)(=O)OP(O)(O)=O)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PZZOEXPDTYIBPI-UHFFFAOYSA-N 2-[[2-(4-hydroxyphenyl)ethylamino]methyl]-3,4-dihydro-2H-naphthalen-1-one Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1CCNCC1C(=O)C2=CC=CC=C2CC1 PZZOEXPDTYIBPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102220638341 Spartin_F24D_mutation Human genes 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 231100000357 carcinogen Toxicity 0.000 description 1
- 239000003183 carcinogenic agent Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010616 electrical installation Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 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
- F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
- F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
- F02G5/04—Profiting from waste heat of exhaust gases in combination with other waste heat from combustion engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D15/00—Other domestic- or space-heating systems
- F24D15/04—Other domestic- or space-heating systems using heat pumps
-
- 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]
-
- 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
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области энергетики и предназначено для автономной когенерации тепловой и электрической энергии, а конкретно к когенерации при помощи электорустановок малой мощности: Мини-, МикроТэц или МикроТЭС.The invention relates to the field of energy and is intended for autonomous cogeneration of thermal and electrical energy, and specifically for cogeneration using low-power electrical installations: Mini-, Micro CHP or Micro CHP.
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники известны способы когенерации тепловой и электрической энергии путем проведения известных процессов преобразования энергии топлива и воздуха в электроэнергию и тепло с помощью Мини-, МикроТЭЦ или МикроТЭС. (Википедия. Микро комбинированное производство тепла и электроэнергии - Micro combined heat and power. - Микротурбина).From the prior art methods of cogeneration of thermal and electrical energy by carrying out known processes of converting the energy of fuel and air into electricity and heat with the help of Mini-, MicroCHP or MicroCHP. (Wikipedia. Micro combined heat and power production - Micro combined heat and power. - Microturbine).
Общими существенными признаками описанных способов являются:The general essential features of the described methods are:
- использование химической энергии топлива и кислорода атмосферного воздуха для получения электроэнергии.- the use of chemical energy of fuel and atmospheric oxygen to generate electricity.
- передача отработанного тепла с помощью теплообменника жидкому теплоносителю системы теплоснабжения потребителя- transfer of waste heat with the help of a heat exchanger to the liquid heat carrier of the consumer's heat supply system
С существенными признаками изобретения совпадают следующие признаки:The following features coincide with the essential features of the invention:
- использование химической энергии топлива и кислорода атмосферного воздуха для получения электроэнергии.- the use of chemical energy of fuel and atmospheric oxygen to generate electricity.
- передача отработанного тепла с помощью теплообменника жидкому теплоносителю системы теплоснабжения потребителя.- transfer of waste heat with the help of a heat exchanger to the liquid heat carrier of the consumer's heat supply system.
Аналогичными признаками, с существенными признаками изобретения, обладают способы, описанные в следующей литературе ["Строительное обозрение" //Журнал качества//, Спб, №5(32), май-июнь 1999, стр. 16-17; - Klaus Mollenhauer, Helmut Tshoke. Handbook of Diesel Engines. - Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2010].Similar features, with the essential features of the invention, have the methods described in the following literature ["Construction Review" //Journal of Quality//, St. Petersburg, No. 5(32), May-June 1999, pp. 16-17; - Klaus Mollenhauer, Helmut Tshoke. Handbook of Diesel Engines. - Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2010].
Техническая проблема, подлежащая разрешению, состоит в том, что известные способы, использующие энергию, заключенную в топливе, с помощью Мини-, МикроТЭЦ или МикроТЭС, и реализующие такие способы когенерационные установки, не экономичны. Вырабатываемая электрическая энергия составляет всего %: 20-35 от энергии топлива. Отработанное тепло составляет остальное, и, хотя значительная доля отработанного тепла используется в Мини- и МикроТЭЦ, все равно потери энергии составляют не менее 10%.The technical problem to be resolved is that the known methods using the energy contained in the fuel with the help of Mini-, Micro CHP or Micro CHP, and cogeneration plants implementing such methods, are not economical. The generated electrical energy is only %: 20-35 of the fuel energy. Waste heat makes up the rest, and although a significant proportion of waste heat is used in Mini and Micro CHPs, energy losses are still at least 10%.
Это порождает и другую проблему - экологическую: - выбросы отработанных горячих газов (температура газов в МиниТЭЦ составляет до 150°С, а в МиниТЭС - до 350°С). Продукты горения рассеиваются в атмосфере, способствуют образованию смога, содержащего вредные вещества, в том числе и канцерогены.This gives rise to another problem - an environmental one: - emissions of exhaust hot gases (gas temperature in MiniCHP is up to 150°C, and in MiniCHP - up to 350°C). Combustion products dissipate in the atmosphere, contribute to the formation of smog containing harmful substances, including carcinogens.
Причина, препятствующая разрешению этой технической проблемы состоит в том, что для утилизации тепловой энергии необходимо передать ее другому устройству или теплоносителю какой-либо системы, например системе теплоснабжения здания. Для этого применяют теплообменники. Но по законам теплопередачи температура утилизируемых отработанных выхлопных газов, или другого теплоносителя, должна быть существенно выше температуры теплоносителя системы теплоснабжения.The reason preventing the solution of this technical problem is that in order to utilize thermal energy, it is necessary to transfer it to another device or heat carrier of some system, for example, a building heat supply system. For this, heat exchangers are used. But according to the laws of heat transfer, the temperature of the utilized exhaust gases, or other heat carrier, must be significantly higher than the temperature of the heat carrier of the heat supply system.
Известны способы теплогенерации, а вернее способы передачи тепловой энергии от низкотемпературного источника к более высокотемпературному телу с помощью тепловых насосов (ТН). Но при этом необходимо затратить заимствованную извне высокопотенциальную энергию [см. Краткий политехнический словарь. Госиздат технико-теоретической литературы. М. 1956, стр 619. ст. "Обратный цикл Карно"].Known methods of heat generation, or rather methods of transferring thermal energy from a low-temperature source to a higher temperature body using heat pumps (HP). But at the same time, it is necessary to spend the high-potential energy borrowed from outside [see. Brief polytechnical dictionary. State publishing house of technical and theoretical literature. M. 1956, p. 619. Art. "Reverse Carnot Cycle"].
Существенными признаками известных способов являются:The essential features of the known methods are:
- теплогенерация с помощью ТН;- heat generation with the help of HP;
- затрата на работу ТН высокопотенциальной энергии.- the cost of high-potential energy HP operation.
Оба этих признака совпадают с существенными признаками изобретения.Both of these features coincide with the essential features of the invention.
Известны реверсивные тепловые насосы (ТН) типа "воздух-воздух", например фирмы Mitsubishi Electric модели FDUM71VNXVF, имеющие для целей реверсирования четырех ходовой клапан, позволяющий холодильнику и нагревателю ТН поменяться ролями, и тем самым переключить режим нагрева помещения на режим охлаждения, и наоборот.Air-to-air reversible heat pumps (HP) are known, for example, Mitsubishi Electric, model FDUM71VNXVF, having a four-way valve for reversing purposes, which allows the refrigerator and the HP heater to change roles, and thereby switch the room heating mode to the cooling mode, and vice versa .
Известно устройство, кондиционер-отопитель, предназначенный для охлаждения воздуха в помещениях в теплый период года и нагревающий эти помещения в холодное время года [см. Описание изобретения к патенту RU 2307290 С2 F24D 15/04 (2006.01), опубл. 27.09/2007 Бюл. №27]. Существенными признаками устройства по патенту RU 2307290 С2 являются:A device is known, an air conditioner-heater designed to cool the air in rooms in the warm season and heat these rooms in the cold season [see. Description of the invention to the patent RU 2307290
- находящийся внутри отапливаемого помещения теплообменник-нагреватель;- a heat exchanger-heater located inside the heated room;
- внешний теплообменник-холодильник;- external heat exchanger-refrigerator;
- хладагент-рабочее тело;- refrigerant-working fluid;
- компрессор с электрическим приводом;- compressor with electric drive;
- четырех ходовой клапан и патрубки, связывающие агрегаты в единую установку;- four-way valve and branch pipes connecting the units into a single unit;
- термосифоны, в виде вертикальных гравитационных труб, испарительные части которых погружены в грунт, а конденсаторные выступают над поверхностью и снабжены теплообменниками с воздухом;- thermosiphons, in the form of vertical gravitational pipes, the evaporative parts of which are immersed in the ground, and the condenser parts protrude above the surface and are equipped with air heat exchangers;
- теплоизолированный кожух, в котором заключены теплообменники тепловых труб и внешний теплообменник-холодильник;- a thermally insulated casing, which contains heat pipe heat exchangers and an external heat exchanger-refrigerator;
- открывающиеся люки кожуха;- opening hatches of the casing;
- приводы люков с системой управления, с датчиками температуры наружного воздуха.- hatch drives with a control system, with outdoor air temperature sensors.
С существенными признаками заявленного устройства совпадают следующие признаки:The following features coincide with the essential features of the claimed device:
- находящийся внутри помещения теплообменник - нагреватель;- the heat exchanger which is in the room - a heater;
- внешний теплообменник-холодильник.- external heat exchanger-refrigerator.
Технической проблемой, мешающей широкому использованию способов и устройств с ТН является снижение экономичности способов и устройств при снижении температуры низкотемпературного источника, например наиболее доступного -наружного воздуха.A technical problem that hinders the widespread use of methods and devices with HP is the decrease in the efficiency of methods and devices with a decrease in the temperature of a low-temperature source, for example, the most accessible - outside air.
Причиной снижения экономичности является снижение эффективности процесса передачи тепла при снижении температуры низкотемпературного источника. Например, ТН типа "воздух-воздух" работают с коэффициентом преобразования энергии (СОР) до 9 только при положительных температурах наружного воздуха. При отрицательных температурах СОР снижается боле чем в три раза.The reason for the decrease in efficiency is the decrease in the efficiency of the heat transfer process with a decrease in the temperature of the low-temperature source. For example, air-to-air HPs operate with an energy conversion factor (COP) of up to 9 only at positive outdoor temperatures. At negative temperatures, COP decreases by more than three times.
Другой технической проблемой является снабжение установки электрической энергией, если предполагается применение в составе автономного или передвижного объекта. Причиной является то, что введение в состав установки устройств, вырабатывающих электричество за счет солнечной энергии или энергии ветра делает когенерацию зависимой от наличия солнца или ветра, применение тепловых двигателей с электрогенератором ухудшает экономичность, а использование таких источников низкотемпературной энергии с достаточным запасом тепла, как грунт, грунтовые воды требует проведения сложных и дорогостоящих земляных работ, а для мобильных объектов невозможно.Another technical problem is the supply of the installation with electrical energy, if it is intended to be used as part of an autonomous or mobile object. The reason is that the introduction of devices that generate electricity from solar energy or wind energy into the installation makes cogeneration dependent on the presence of the sun or wind, the use of heat engines with an electric generator worsens efficiency, and the use of low-temperature energy sources with a sufficient supply of heat, such as soil , groundwater requires complex and expensive earthworks, and is impossible for mobile objects.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Целью настоящего изобретения является получение способа когенерации тепловой и электрической энергии, позволяющего повысить эффективность использования тепловой энергии и создать устройство, использующего такой способ, пригодное для автономного применения в условиях межсезонья и зимы в широком кругу объектов:The purpose of the present invention is to obtain a method for cogeneration of heat and electricity, which makes it possible to increase the efficiency of the use of thermal energy and create a device using this method, suitable for autonomous use in off-season and winter conditions in a wide range of objects:
- в индивидуальном жилищном строительстве;- in individual housing construction;
- в иных удаленных объектах, и там, где применение центрального теплоэнергоснабжения экономически нецелесообразно или технически невозможно;- in other remote facilities, and where the use of central heat and power supply is not economically feasible or technically impossible;
- на транспорте, например на пассажирском железнодорожном транспорте;- in transport, for example, in passenger rail transport;
- в передвижных и быстро возводимых объектах МЧС;- in mobile and rapidly erected objects of the Ministry of Emergency Situations;
- в качестве аварийного или резервного источника тепла и электричества для социально значимых и особо важных объектов и т.д.- as an emergency or backup source of heat and electricity for socially significant and especially important facilities, etc.
Эта цель достигается тем, что в способе генерации тепловой и электрической энергии за счет энергии, заключенной в топливе и воздухе, получают:This goal is achieved by the fact that in the method of generating heat and electric energy due to the energy contained in the fuel and air, the following is obtained:
- электрическую энергию;- electrical energy;
- отработанное тепло (включающее тепло, отходящее от горячих агрегатов, тепло уходящих из котельного агрегата газов, тепло выхлопных газов и др.)- waste heat (including waste heat from hot units, heat from gases leaving the boiler unit, exhaust gas heat, etc.)
Далее, в отличие от вышеприведенных известных способов, отработанное тепло передают известными способами в холодильник ТН, где происходит передача тепла рабочему телу ТН, а затем проводят процесс увеличения температуры рабочего тела ТН и пеледачи тепла в нагреватель, передающий тепло потребителю.Further, in contrast to the above known methods, the waste heat is transferred by known methods to the HP refrigerator, where heat is transferred to the HP working fluid, and then the process of increasing the temperature of the HP working fluid and peleding heat to the heater transferring heat to the consumer is carried out.
Для проведения рабочего процесса ТН используют полученную электроэнергию.To carry out the working process, HP uses the received electricity.
Передача всего отработанного тепла, т.е. энергии топлива и воздуха, поступающих в МикроТЭС, исключая энергию, пребразованную в электричество, рабочему телу ТН обеспечивается очень низкой температурой холодильника ТН. Например, популярный хладагент R410a кипит при минус 48,5 С.Transfer of all waste heat, i.e. The energy of fuel and air entering the Micro TPP, excluding the energy converted into electricity, is provided to the HP working fluid by a very low temperature of the HP cooler. For example, the popular refrigerant R410a boils at minus 48.5 C.
Если, как вариант, в МикроТЭС в качестве машины-двигателя используют двигатель внутреннего сгорания (ДВС), то основным носителем отработанного тепла будут отработанные горячие газы, что существенно упрощает осуществление предложенного способа и устройства, осуществляющего способ.If, alternatively, an internal combustion engine (ICE) is used as a machine-engine in a Micro TPP, then the main carrier of waste heat will be hot exhaust gases, which greatly simplifies the implementation of the proposed method and the device that implements the method.
Этот способ осуществляют следующим образом:This method is carried out as follows:
- наружный воздух и топливо подают в МикроТЭС (ТЭЦ), где известным способом получают электрическую энергию и отработанные горячие газы, в основном состоящие из смеси продуктов сгорания топлива и избыточного воздуха, в том числе воздуха, использованного в системе охлаждения, с температурой от 150 С до 350 С;- outdoor air and fuel are supplied to Micro TPP (CHP), where electrical energy and exhaust hot gases are obtained in a known way, mainly consisting of a mixture of fuel combustion products and excess air, including air used in the cooling system, with a temperature of 150 C up to 350 C;
- отработанные горячие газы подают в теплогенерирующий циркуляционный контур, смешивают в процессе циркуляции с циркулирующими по контуру газами, для выравнивания температуры смеси, пропускают через холодильник ТН для охлаждения смеси и передачи тепла к рабочему телу ТН, обдувают охлажденной смесью агрегаты МикроТЭС, снимая отработанное тепло с агрегатов и тем самым повышая температуру смеси, и вновь направляют в циркуляционный контур. Циркуляцию осуществляют за счет кинетической энергии отработанных горячих газов или другим известным способом (например, прменением вентилятора, или конвекции в поле тяготения Земли, за счет разницы температур и плотности газовой смеси).- exhaust hot gases are fed into the heat-generating circulation circuit, mixed during circulation with the gases circulating in the circuit, to equalize the temperature of the mixture, passed through the heat pump cooler to cool the mixture and transfer heat to the working fluid of the heat pump, blow the cooled mixture over the units of Micro TPP, removing waste heat from aggregates and thereby increasing the temperature of the mixture, and again sent to the circulation circuit. The circulation is carried out due to the kinetic energy of the exhaust hot gases or in another known way (for example, using a fan, or convection in the Earth's gravitational field, due to the difference in temperature and density of the gas mixture).
- излишки охлажденной смеси выпускают наружу через выхлопной клапан.- the excess of the cooled mixture is released to the outside through the exhaust valve.
- тепло циркулирующей через холодильник ТН смеси передают рабочему телу ТН, а затем проводят процесс увеличения температуры рабочего тела ТН и передачи тепла в нагреватель, передающий тепло потребителю.- the heat of the mixture circulating through the HP refrigerator is transferred to the HP working fluid, and then the process of increasing the temperature of the HP working fluid and transferring heat to the heater, which transfers heat to the consumer, is carried out.
- для проведения рабочего процесса ТН используют полученную электроэнергию.- for carrying out the working process HP use the received electricity.
Устройство для генерации тепловой и электрической энергии за счет энергии, заключенной в топливе, реализующее предложенный способ,A device for generating heat and electricity from the energy contained in the fuel, which implements the proposed method,
- теплоэлектрогенератор (ТЭГ) включает:- heat and power generator (TEG) includes:
- МикроТЭС, преимущественно имеющую в своем составе ДВС;- Micro TPP, mainly incorporating internal combustion engines;
- тепловой насос.- Heat pump.
А также согласно изобретению имеет в своем составе:And also according to the invention has in its composition:
- герметизированный корпус, образующий теплогенерирующий циркуляционный контур;- a sealed housing forming a heat-generating circulation circuit;
- выхлопной клапан.- exhaust valve.
- МикроТЭС, вмонтированную в корпус так, что горячие части охлаждаются циркулирующей в корпусе смесью газов;- Micro thermal power plant built into the housing so that the hot parts are cooled by the mixture of gases circulating in the housing;
- выхлопную систему МикроТЭС, выполненную так, чтобы кинетическая энергия истекающих отработанных газов поддерживала циркуляцию смеси газов в контуре и перемешивание смеси.- Exhaust system of Micro TPP, designed so that the kinetic energy of the outgoing exhaust gases maintains the circulation of the mixture of gases in the circuit and the mixing of the mixture.
Изобретение обеспечивает получение следующих результатов:The invention provides the following results:
• Полное использование энергии, заключенной в топливе. Этот эффект обусловлен тем, что отработанное тепло вводится внутрь теплогенерирующего контура, охлаждается там до температуры смеси, циркулирующей в контуре, и тем самым отдает свое тепло смеси газов и паров, циркулирующих в контуре. Поскольку циркулирующая смесь газов и паров непрерывно охлаждается в холодильнике ТН, температура смеси может достигать температуры окружающей среды и даже опускается ниже. Вся тепловая энергия, проступившая в контур, перекачивается ТН потребителю, в том числе энергия конденсации паров воды, теплота охлаждения конденсата, теплота превращения конденсата в лед, если температура смеси ниже нуля градусов. Как правило, это происходит, так как теплопроизводительность ТН больше отработанного тепла, выделяемого МиниТЭС, а энергопотребление ТН меньше вырабатываемой электроэнергии.• Full use of the energy contained in the fuel. This effect is due to the fact that the waste heat is introduced into the heat generating circuit, cooled there to the temperature of the mixture circulating in the circuit, and thereby gives up its heat to the mixture of gases and vapors circulating in the circuit. Since the circulating mixture of gases and vapors is continuously cooled in the HP cooler, the temperature of the mixture can reach the ambient temperature and even fall below. All thermal energy that has entered the circuit is pumped by the HP to the consumer, including the energy of water vapor condensation, the heat of condensate cooling, the heat of turning condensate into ice if the temperature of the mixture is below zero degrees. As a rule, this happens, since the heat output of the HP is greater than the waste heat generated by the mini thermal power plant, and the energy consumption of the HP is less than the generated electricity.
• Передача тепла наружного воздуха потребителю, если температура циркулирующей смеси ниже температуры наружного воздуха.• Transfer of heat from the outside air to the consumer if the temperature of the circulating mixture is lower than the outside air temperature.
• Снижение расхода топлива, даже по сравнению с вариантом отопления с помощью самого современного газового котла, за счет полного использования энергии, заключенной в топливе и дополнительной энергии наружного воздуха.• Reduced fuel consumption, even compared to the heating option with the most modern gas boiler, due to the full use of the energy contained in the fuel and the additional energy of the outside air.
• Возможность применения на автономных и мобильных объектах вследствие применения МикроТЭС и наружного воздуха (в том числе и в качестве низкотемпературного источника энергии) чем, следовательно, обеспечена независимость от посторонних источников энергии.• Possibility of application on autonomous and mobile objects due to the use of Micro TES and outside air (including as a low-temperature energy source), which, therefore, ensures independence from extraneous energy sources.
Снижение вреда от продуктов, поступающих из теплоэлектрогенератора в окружающую среду вследствие низкой температуры газовой составляющей смеси, выходящий из ТЭГ наружу. Это также облегчает последующую нейтрализацию вредных веществ.Reducing the harm from products coming from the heat and power generator into the environment due to the low temperature of the gas component of the mixture leaving the TEG outside. It also facilitates the subsequent neutralization of harmful substances.
• Возможность комплектования установки отработанными, серийно выпускаемыми агрегатами и частями как основы высокой надежности установки.• Possibility of equipping the plant with used, mass-produced units and parts as the basis for high reliability of the plant.
• эффективная и экономичная работа при низких температурах окружающей среды, вплоть до минус 60°С. Герметичность корпуса теплоэлектрогенератора дает независимость от наружной температуры, позволяет поддерживать внутри корпуса в широком диапазоне температуру смеси, а применение электроотопителей,- и любое соотношение тепловой и электрической энергии.• efficient and economical operation at low ambient temperatures, down to minus 60°С. The tightness of the heat generator housing makes it independent of the outside temperature, allows you to maintain the temperature of the mixture inside the housing in a wide range, and the use of electric heaters - and any ratio of thermal and electrical energy.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
На Фиг. 1 представлена блок-схема способа когенерации с паровой МиниТЭС, где: 1 паровой котел, 2 - паровая турбина, 3 - электрогенератор, 4 - потребитель электроэнергии, 5 - холодильник теплового насоса, 6 - тепловой насос, 7 - рабочее тело ТН, 8 - насос конденсата, 9 - нагнетатель наружного воздуха, 10 - система охлаждения агрегатов установки, 11 - нагреватель теплового насоса, 12 - потребитель тепла,.On FIG. 1 shows a block diagram of the method of cogeneration with a steam mini thermal power plant, where: 1 steam boiler, 2 - steam turbine, 3 - electric generator, 4 - consumer of electricity, 5 - heat pump refrigerator, 6 - heat pump, 7 - HP working fluid, 8 - condensate pump, 9 - outside air blower, 10 - cooling system of the unit units, 11 - heat pump heater, 12 - heat consumer,.
На Фиг. 2 представлена блок-схема способа когенерации с помощью МикроТЭС с ДВС, где: 1 - ДВС, 2 - генератор, 3 - потребитель электроэнергии, 4 - отработанные газы, 5 - продукты сгорания, 6 - избыточный воздух, 7 - теплогенерирующий циркуляционный контур, 8 - смесь газов, нагретая агрегатами, 9 - холодильник ТН, 10 - ТН, 11 - рабочее тело ТН, 12 - нагреватель ТН, 13 - нагретая смесь газов, 14 - холодная смесь газов, 15 - выхлопной клапан.On FIG. 2 shows a block diagram of the method of cogeneration using a micro thermal power plant with an internal combustion engine, where: 1 - internal combustion engine, 2 - generator, 3 - consumer of electricity, 4 - exhaust gases, 5 - combustion products, 6 - excess air, 7 - heat generating circulation circuit, 8 - gas mixture heated by the units, 9 - HP cooler, 10 - HP, 11 - HP working medium, 12 - HP heater, 13 - heated gas mixture, 14 - cold gas mixture, 15 - exhaust valve.
На Фиг. 3 изображен теплоэлектрогенератор, укомплектованный микрогазотурбинной установкой - МикроГТУ (микротурбиной) где: 1 - МикроГТУ 2 - теплогенерирующий контур, 3 - корпус, 4 - потребитель, 5 - теплонасос, 6 - холодильик теплонасоса, 7 - выхлопной клапан, 8 - рабочее телоТН, 9 - нагреватель теплонасоса.On FIG. 3 shows a heat and power generator equipped with a microgas turbine unit - MicroGTU (microturbine) where: 1 - MicroGTU 2 - heat generating circuit, 3 - housing, 4 - consumer, 5 - heat pump, 6 - heat pump cooler, 7 - exhaust valve, 8 - working fluid HP, 9 - heat pump heater.
На Фиг. 4 приведен график зависимости коэффициента СОР от температуры наружного воздуха по данным испытания ТН модели FDUM71VNXVF фирмы Mitsubishi Electric. Условия испытания- температура внутри помещения 20 С.On FIG. Figure 4 shows a graph of the dependence of the COP coefficient on the outdoor air temperature according to the test data of the VT model FDUM71VNXVF from Mitsubishi Electric. Test conditions - indoor temperature 20 C.
На фиг. 5 приведены характеристики теплоэлектрогенератора, рассчитанные с использованием данных, приведенных на Фиг. 4. Условные обозначения:In FIG. 5 shows the characteristics of the heat and power generator calculated using the data shown in FIG. 4. Symbols:
Gт - энергия, заключенная в топливе (аналог расхода топлива);G t is the energy contained in the fuel (analogue of fuel consumption);
Q - тепловая энергия полученная потребителем;Q - thermal energy received by the consumer;
Эв - тепловая энергия полученная потребителем из наружного воздуха;E in - thermal energy received by the consumer from the outside air;
Эг - энергия, выработанная электрогенератором;E g - energy generated by the electric generator;
Э - электроэнергия, полученная потребителем;E - electricity received by the consumer;
ЭZ - суммарная электрическая и тепловая энергия теплоэлектрогенератора.E Z is the total electrical and thermal energy of the heat and power generator.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
На Фиг. 1 представлен пример осуществления способа когенерации с помощью МиниТЭС с паровой турбиной и паровым котлом. В паровом котле 1 путем сжигания топлива получают пар высокого давления и температуры, направляемый в паровую турбину 2, преобразующую энергию пара в механическую энергию, преобразуемую в электрогенераторе 3 в электричество, которое направляют к потребителю 4. Уходящие из топки парового котла 1 газы направляют в холодильник 5 теплового насоса 6, где их охлаждают, передавая тепло рабочему телу 7 теплового насоса 6, и затем выводят наружу. Мятый пар после турбины 2 также направляют в холодильник 5, где его охлаждают и конденсируют, передавая тепло рабочему телу 7. Конденсат из холодильника 5 направляют в насос конденсата 8, который закачивает конденсат в паровой котел 1.On FIG. 1 shows an example of the implementation of the cogeneration method using a mini thermal power plant with a steam turbine and a steam boiler. In the
Наружный воздух нагнетателем 9 через систему охлаждения агрегатов 10 подают на обдув турбины 2 и электрогенератора 3, а подогретый воздух направляют в холодильник 5, где его охлаждают, передавая тепло рабочему телу 7 теплового насоса, и затем выводят наружу.Outside air is supplied by
В тепловом насосе 6 проводят процесс увеличения температуры рабочего тела 7 и передачи тепла в нагреватель 11 теплового насоса для передачи тепла потребителю 12.In the
На Фиг. 2 показана блок-схема примера осуществления способа когенерации за счет энергии, заключенной в топливе и наружном воздухе, с помощью МикроТЭС с ДВС.On FIG. 2 shows a block diagram of an exemplary implementation of the method of cogeneration due to the energy contained in the fuel and outdoor air, using a micro thermal power plant with an internal combustion engine.
В двигатель 1 подают топливо и наружный воздух, причем, в зависимости от типа двигателя, коэффициент избытка воздуха составляет от 1,2 и до более 5, с учетом воздуха, забираемого в систему охлаждения ДВС. В генераторе 2, соединенном с ДВС, осуществляют выработку электроэнергии с последующей передачей ее потребителю 3.The
Тепло отработанных газов 4, состоящих, в основном, из продуктов сгорания 5 и избыточного воздуха 6, подают в теплогенерирующий циркуляционный контур 7, в котором, в процессе естественной или принудительной конвекции, тепло отработанных газов 4 и отходящее от ДВС 1 и генератора 2 отработанное тепло 8 передают в холодильник 9 теплового насоса 10, в котором происходит передача тепла, посредством рабочего тела 11, в нагреватель 12 теплового насоса и далее к потребителю, при этом тепловой насос 10 соединяют с генератором 2.The heat of
Горячую смесь газов 13, пропуская через холодильник 9, охлаждают, и охлажденную смесь 14 направляют к генератору 2, к ДВС 1 для их охлаждения, и через выхлопной клапан 15 выпускают из контура 7.The hot mixture of
На Фиг. 3 изображен теплоэлектрогенератор с микрогазотурбинной установкой (МикроГТУ). Работа ТЭГ осуществляется следующим образом. В МикроГТУ 1 поступает воздух и газообразное топливо. В результате получают электроэнергию и отработанные горячие газы, состоящие из продуктов сгорания топлива и избыточного воздуха. Отработанные газы поступают в теплогенерирующий контур 2, образованный корпусом 3. Электроэнергия поступает к потребителю 4 и в теплонасос 5. Выхлопная система МикроГТУ выполнена так, чтобы кинетическая энергия отработанных газов поддерживала циркуляцию смеси газов 6 в контуре 2, выравнивание температуры и перемешивание смеси.On FIG. 3 shows a heat and power generator with a micro gas turbine unit (MicroGTU). The operation of the TEG is carried out as follows.
Газовая смесь, циркулируя, проходит через холодильник 6 теплового насоса, где охлаждается, затем обдувает агрегаты МикроГТУ, снимая отходящее отработанное тепло, и снова нагревается, преремешиваясь с отработанными газами. Избыток смеси сбрасывается наружу через выхлопной клапан 7.The gas mixture, circulating, passes through the
Из холодильника 6 теплового насоса тепло с рабочим телом 8 переносится в нагреватель 9 и поступает к потребителю.From the
В некоторых случаях, например при положительной температуре наружного воздуха, можно подавать в контур 2 нагнетателем дополнительное количество воздуха, однако наличие нагнетателя не является обязательным для работы теплоэлектрогенератора.In some cases, for example, at a positive outside temperature, it is possible to supply additional air to
Подачей наружного воздуха удается, как это видно из характеристик, приведенных на Фиг. 5, поддерживать температуру в корпусе близкую к температуре наружного воздуха, если отбор электроэнергии не превышает:The supply of outside air succeeds, as can be seen from the characteristics shown in Fig. 5, keep the temperature in the enclosure close to the outdoor temperature, if the power consumption does not exceed:
25% при температуре воздуха 12°С;25% at an air temperature of 12°C;
20% при температуре воздуха 0°С;20% at an air temperature of 0°С;
14% при температуре воздуха минус 12°С;14% at air temperature minus 12°С;
10% при температуре воздуха минус 18°С.10% at air temperature minus 18°С.
В этих диапазонах, при этих условиях, из выхлопного клапана 7 выходят газы и конденсат с температурой равной температуре окружающей среды, и, следовательно ТЭГ использует полностью энергию, заключенную в топливе - высшую теплоту сгорания. Вышеназванным доказывается достижение результата полного использования энергии, заключенной в топливе.In these ranges, under these conditions, gases and condensate exit from the
Из рассмотрения течения характеристик Gт/Q видно, что в том же диапазоне отбора электроэнергии снижается расход топлива: при нулевом отборе электричества расход топлива снижается на 29% при температуре минус 18 С, на 42% при температуре минус 12 С, на 60% при температуре ноль С, на 70% при температуре 12 С. Вышеназванным доказывается достижение результата снижения расхода топлива даже по сравнению с вариантом отопления с помощью самого современного газового котла.From the consideration of the flow of characteristics G t /Q, it can be seen that in the same range of electricity extraction, fuel consumption decreases: with zero electricity extraction, fuel consumption decreases by 29% at a temperature of minus 18 C, by 42% at a temperature of minus 12 C, by 60% at temperature zero C, by 70% at a temperature of 12 C. The above proves the achievement of the result of reducing fuel consumption even in comparison with the heating option using the most modern gas boiler.
Из течения характеристик также ясно, что при реальной пропорции потребного тепла и потребной для бытовых нужд электроэнергии, обеспечивается снижение вредности продуктов, поступающих из теплоэлектрогенератора в окружающую среду вследствие низкой температуры газовой составляющей выхлопа и полной конденсации паров.From the flow of characteristics it is also clear that with a real proportion of the heat required and the electricity required for domestic needs, the harmfulness of products coming from the heat and power generator into the environment is reduced due to the low temperature of the gas component of the exhaust and complete condensation of vapors.
Из приведенной схемы ТЭГ видна возможность комплектования установки отработанными, серийно выпускаемыми агрегатами и частями как основы высокой надежности установки.From the above TEG scheme one can see the possibility of equipping the plant with used, mass-produced units and parts as the basis for high reliability of the plant.
При очень низких температурах окружающей среды имеется возможность полностью отделить внутреннюю полость корпуса ТЭГ от окружающей среды, при этом ТЭГ будет работать с несколько повышенным расходом топлива, но не , чем если бы отопление осуществлялось газовым котлом. Возможность генерации электроэнергии при этом сохраняется в пределах мощности электрогенератора. Вышеназванное доказывает достижимость независимости от наружной температуры.At very low ambient temperatures, it is possible to completely separate the internal cavity of the TEG case from the environment, while the TEG will operate with a slightly increased fuel consumption, but not than if the heating was provided by a gas boiler. At the same time, the possibility of generating electricity remains within the power of the electric generator. The above proves the achievability of independence from the outside temperature.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019142026A RU2768438C2 (en) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Method of generating heat and electric power and a thermal electric generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019142026A RU2768438C2 (en) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Method of generating heat and electric power and a thermal electric generator |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2019142026A3 RU2019142026A3 (en) | 2021-06-18 |
| RU2019142026A RU2019142026A (en) | 2021-06-18 |
| RU2768438C2 true RU2768438C2 (en) | 2022-03-24 |
Family
ID=76377108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019142026A RU2768438C2 (en) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Method of generating heat and electric power and a thermal electric generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2768438C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2151964C1 (en) * | 1996-02-16 | 2000-06-27 | Смешанное научно-техническое товарищество "Техноподземэнерго" | Method for centralized heating and equipment which implements said method |
| RU2307290C2 (en) * | 2005-05-31 | 2007-09-27 | ООО "Теплолюкс" | Air conditioner-heater |
| RU2365826C2 (en) * | 2007-09-12 | 2009-08-27 | Сергей Павлович Морозов | Mode of operation of heating system against cold and hot heat sources |
| DE102009042732A1 (en) * | 2009-09-25 | 2011-04-14 | Schulze, Rolf, Dipl.-Ing. | Method for distributing thermal energy of different energy conditions in thermal systems, involves feeding heat pulses in energy condition, which is generated from heat source, in heat collector |
-
2019
- 2019-12-18 RU RU2019142026A patent/RU2768438C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2151964C1 (en) * | 1996-02-16 | 2000-06-27 | Смешанное научно-техническое товарищество "Техноподземэнерго" | Method for centralized heating and equipment which implements said method |
| RU2307290C2 (en) * | 2005-05-31 | 2007-09-27 | ООО "Теплолюкс" | Air conditioner-heater |
| RU2365826C2 (en) * | 2007-09-12 | 2009-08-27 | Сергей Павлович Морозов | Mode of operation of heating system against cold and hot heat sources |
| DE102009042732A1 (en) * | 2009-09-25 | 2011-04-14 | Schulze, Rolf, Dipl.-Ing. | Method for distributing thermal energy of different energy conditions in thermal systems, involves feeding heat pulses in energy condition, which is generated from heat source, in heat collector |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2019142026A3 (en) | 2021-06-18 |
| RU2019142026A (en) | 2021-06-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10125638B2 (en) | Co-generation system and associated method | |
| US20090266075A1 (en) | Process and device for using of low temperature heat for the production of electrical energy | |
| RS64229B1 (en) | ENERGY STORAGE PLANTS AND PROCESS | |
| EP2326801B1 (en) | Cogeneration device | |
| CN102901323A (en) | System and method for carbon dioxide removal | |
| SI24856A (en) | Method and device for using low-temperature sources of cogeneration systems with high-temperature heat pump according to the water / water concept | |
| Radchenko et al. | Enhancing the utilization of gas engine module exhaust heat by two-stage chillers for combined electricity, heat and refrigeration | |
| KR101397621B1 (en) | System for increasing energy efficiency of gas power plant | |
| KR101500489B1 (en) | Ocean Thermal Energy Conversion System Using Discharge of Seawater Heat Pump | |
| Haldane | The heat pump—an economical method of producing low-grade heat from electricity | |
| RU2768438C2 (en) | Method of generating heat and electric power and a thermal electric generator | |
| KR100798347B1 (en) | Complex air-conditioning system of house using renewable energy | |
| Poredos et al. | District heating and cooling for efficient energy supply | |
| RU2125165C1 (en) | Power generating plant | |
| RU2542169C1 (en) | Device and method for economical production of electric power and heat | |
| CN107289665A (en) | Regional Energy supply system | |
| Erickson | Extending the boundaries of ammonia absorption chillers. | |
| RU2607437C2 (en) | Thermal power plant | |
| RU2812135C1 (en) | Method of operation of thermal power steam plant | |
| US20240167419A1 (en) | Process for using waste heat from the utilization of low, neutral and/or negative carbon intensity hydrogen | |
| RU2164614C1 (en) | Off-line stirling-engine thermal power plant | |
| JP2008095673A (en) | Hot water thermal power generator | |
| RU2812381C1 (en) | Operating method of steam gas plant | |
| Balanescu et al. | Combined Cycle Units–An Alternative to Reciprocating Engines in Terrestrial Propulsion Field-Estimation of Performances | |
| RU2127815C1 (en) | Heat power plant with cooler |