АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F24D15/00 F24D3/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике, предназначено для использования в автономных системах тепло- и электроснабжения.

Известны гидромеханические теплогенераторы, в которых электрическая энергия, затрачиваемая на электропривод насоса, трансформируется в тепловую благодаря явлению кавитации, возникающему при срабатывании напора, создаваемого насосом ускорения потока воды и последующего его торможения. Температура воды на выходе из теплогенератора достигает 150^oC. (Патент России 2045715 "Теплогенератор и устройство для нагрева жидкости").

В авторском свидетельстве на полезную модель N 5014 "Система теплоснабжения" представлена схема системы теплоснабжения с гидромеханическим теплогенератором, электропривод насоса которого питается от электрической сети. Недостатком рассмотренной схемы теплоснабжения является низкий КПД использования первичного энергоносителя.

Известно, что КПД выработки электроэнергии на тепловых электростанциях не превышает 35-38%; с учетом потерь в линиях электропередачи, трансформаторах и распределительных электрических сетях КПД по первичному топливу, сжигаемому на электростанциях, у потребителя электрической энергии, составляет 25-28%.

Коэффициент трансформации электроэнергии в тепло- и гидромеханических теплогенераторах, описанных выше, достигает 1,5. В настоящее время при испытании гидромеханического теплогенератора в г. Рубцовске, использующего процессы кавитации и резонанса достигнут, коэффициент трансформации 2,5. (Газета "Алтайская правда" за 12.11.1998 г.).

Коэффициент использования топлива гидромеханического теплогенератора по топливу в первом случае составит: 1,5 • 0,25 = 0,375 или 40%; во втором случае: (2,5 • 0,25) • 100 = 62,5%.

Современные отопительные котлы западных фирм обеспечивают коэффициент использования сжигаемого топлива до 93-95%.

Известны автономные системы тепло- и электроснабжения, представляющие собой дизельную электростанцию с утилизатором тепла отработавших газов двигателя. Соотношение выработанной электрической и тепловой энергии 1:1,6.

Для примера рассмотрим модуль BHKW фирмы CASPOWER - информационный материал прилагается.

Коэффициент использования топлива дизельным двигателем в режиме выработки электроэнергии равен 35%. При работе в режиме источника автономного теплоснабжения и электроснабжения коэффициент использования топлива повышается до {0,35 • (1 + 1,6)} • 100% - 91%, т.е. достигает эффективности современных отопительных котлов.

Известно, что автономные системы теплоснабжения требуют значительно меньших затрат на строительство и эксплуатацию, исключают значительные потери тепла в протяженных теплосетях с некачественной изоляцией, благодаря чему себестоимость выработки тепла снижается в 3-5 раз. (Комплексная программа внедрения автономных систем теплоснабжения. АО Росгазификация. 1997 г.).

В целях повышения эффективности работы источников теплоснабжения предлагается система автономного тепло- и электроснабжения. Данное техническое решение основано на совместной работе дизельной электростанции с утилизатором тепла отработавших газов и гидромеханического теплогенератора.

На чертеже представлена функциональная схема автономной системы тепло- и электроснабжения.

Утилизатор тепла 5 выхлопных газов дизельного двигателя 4 с электрогенератором 3 и гидромеханический теплогенератор 2 подключены параллельно на входе к циркуляционному насосу 6 с электроприводом 7, а на выходе к инжектору 1, подключенному к подающему трубопроводу системы теплоснабжения, включающей отопительные радиаторы 8 и расширительный бак 9. Обратный трубопровод подключен к всасывающему патрубку насоса 6, электропривод которого 7 подключен к электрогенератору 3.

Автономная система тепло- и электроснабжения работает следующим образом.

При включении в работу циркуляционного насоса 6 охлажденная в отопительных радиоаторах 8 вода подается двумя параллельными потоками в нагреватели воды - утилизационный теплообменник 5 и гидромеханический теплогенератор 2. Гидравлические потери в утилизационном теплообменнике 5 незначительны, равны его гидравлическому сопротивлению, в то же время в гидравлическом теплогенераторе 2 гидравлическая энергия водяного потока преобразуется в тепловую и, следовательно, сопровождается значительным снижением напора на выходе из теплогенератора. Для согласования значительно отличающихся гидравлических напоров водонагревателей 2 и 5 с напором в подающем трубопроводе системы теплоснабжения служит инжектор 1, активным потоком для которого служит поток из утилизатора 5, а пассивным является поток из теплогенератора 2. Избыточный напор из утилизатора 5 используется в инжекторе 1 для снижения давления на выходе из теплогенератора 2, что обеспечивает увеличение мощности теплогенератора по теплу, в связи с увеличением полезного срабатываемого напора в теплогенераторе.

Автоматическая система регулирования поддерживает температуру на выходе из водонагревателей 2 и 5 в соответствии с заданным тепловым графиком.

Предлагаемая автономная система тепло- и электроснабжения повышает коэффициент использования топлива до 140-145%, что видно из расчета. КПД дизельного двигателя, работающего в режиме дизельгенератора, достигает 35%. При утилизации тепла отработавших газов полученная тепловая энергия превышает в 1,6 раза выработанную электроэнергию при коэффициенте трансформации электроэнергии в тепло равном 2,5. Таким образом, в пересчете на тепловую энергию коэффициент использования топлива составит 0,35 • (1,6 + 2,5) - 1,44 или 144%, что несопоставимо со всеми известными в настоящее время теплоэнергетическими установками.

Аномальная генерация тепла, возникающая при принудительном движении воды, сопровождаемом кавитацией, может быть объяснена физическими процессами, протекающими на ядерно-атомном уровне.

Источники информации
1. "Явление кавитации и проблема генерации тепла в жидкости". Л.В. Ларионов и др. Взрывчатые материалы и пиротехника. Сб. вып. 3-4. М. МОП РФ. Департамент промышленности, боеприпасов и спецхимии. 1966 г., стр. 3-6.

2. "Наблюдение нейтронов при кавитационном воздействии на дейтерийсодержащие среды". А.Г. Липсон и др. ЖТФ-1990-Т16-N 19, стр. 89-93.

Устройство предназначено для использования в автономных системах тепло- и электроснабжения. Дизель-генератор снабжен утилизатором тепла отработавших газов. Электроустановки гидромеханического теплогенератора подключены к дизель-генератору, а выходы утилизатора тепла отработавших газов и гидромеханического теплогенератора подключены к системе теплоснабжения через инжектор, активным потоком которого является поток воды из утилизатора тепла отработавших газов. Предлагаемая система кроме снижения расхода первичного энергоносителя (топлива) снижает и вредные выбросы в атмосферу. 1 ил.

Автономная система теплоснабжения и электроснабжения, включающая дизель-генератор с утилизатором тепла отработавших газов и гидромеханический теплогенератор, отличающаяся тем, что электроустановки гидромеханического теплогенератора подключены к дизель-генератору, а выходы утилизатора тепла отработавших газов и гидромеханического теплогенератора подключены к системе теплоснабжения через инжектор, активным потоком которого является поток воды из утилизатора тепла отработавших газов.