ЭНЕРГОХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА СО СЖИЖЕННЫМ ПРИРОДНЫМ ГАЗОМ Российский патент 2001 года по МПК F25B25/00 F25B9/04 F25B19/00 

Изобретение относится к области энергетики и газовых регенеративных машин, работающих по циклу Стирлинга, предназначено для получения механической или электрической энергии, а также холода в энергетических устройствах, стационарных и транспортных автономных объектах.

Известны технические решения по использованию сжиженного природного газа в качестве топлива автомобильного транспорта с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), включающие в себя двигатель и теплоизолированную емкость с криогенным жидким топливом. Однако переход на природный газ в ДВС приводит к падению КПД и ухудшению пусковых свойств двигателей (Кершенбаум В.Я., Фальк В.Э. Горизонты транспортной техники. М., "Транспорт", 1988. - стр. 109).

Известна схема холодильной установки с вихревой трубой, включающей в себя источник газа с повышенным давлением (компрессор), вихревую трубу, магистраль теплого потока с дроссельным клапаном, магистраль холодного потока (Теоретические основы тепло- и хладотехники. Ч. 1. Техническая термодинамика. Уч. пособие под ред. проф. Э.И. Гуйго. Л. 1974. - стр. 265.).

Известна энергетическая установка с двигателем Стирлинга и низкотемпературным топливом, включающая в себя емкость с сжиженным газом, двигатель Стирлинга, линию подачи газа в камеру сгорания, проходящую через холодильник двигателя и обеспечивающая максимальное снижение нижней температуры цикла двигателя (Заявка РФ N 96115098. Бюл. N 29 от 20.10.98, стр. 200). Однако данная установка не предназначена для одновременного производства механической энергии и холода.

Известна система комбинированного использования сжиженного газа в холодильной установке транспортного средства, предназначенная для одновременного привода транспортного средства и получения холода, включающая в себя емкость с сжиженным газом, преобразователь прямого цикла (двигатель внутреннего сгорания) и линию подачи топлива с запорными и электромагнитными клапанами, осушителями, дроссельными устройствами, испарителем (холодильником) и ресивером (Патент РФ N 2053434. Бюл. N 3 от 27.01.96, F 17 D 1/02). Однако использование природного газа в качестве топлива, а также то, что газ по предложенной схеме подается при низкой отрицательной температуре, приводит к снижению КПД ДВС, более того, многократное дросселирование не позволяет использовать энергию фазового перехода для получения дополнительной полезной энергии.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении КПД преобразователя прямого цикла энергохолодильной установки и возможности получения дополнительной полезной энергии.

Для достижения этого технического результата энергохолодильная установка со сжиженным природным газом, включающая в себя преобразователь прямого цикла, теплоизолированную емкость с криогенным топливом (например, сжиженным природным газом), линию подачи топлива с запорными и электромагнитными клапанами, дроссельным вентилем и холодильником (испарителем), снабжена в качестве преобразователя прямого цикла двигателем Стирлинга, системой охлаждения двигателя с охладителем, связанным с окружающей средой, и насосом, а также линией подачи топлива, включающей в себя криогенный погружной насос, регулирующий клапан, дроссельный вентиль, холодильную камеру, вихревую трубу, смесительную емкость, связанную с вихревой трубой магистралями холодного и теплового потоков с теплообменниками, причем магистраль холодного потока содержит теплообменник, через который проходит система охлаждения двигателя, а магистраль теплового потока содержит теплообменник-нагреватель и расширительную турбину с потребителем мощности на одном валу, при этом отработанные газы двигателя проходят через теплообменник-нагреватель магистрали теплового потока.

Введение в состав энергохолодильной установки с ожженным природным газом двигателя Стирлинга, система охлаждения которого связана через теплообменник магистралью холодного потока, вихревой трубы с магистралями холодного и теплового потоков, имеющих теплообменники и соединяющихся в смесительной емкости, причем магистраль теплового потока имеет турбину с потребителем мощности, позволяет получить новое свойство, заключающееся в использовании низкотемпературного топлива для частичного охлаждения двигателя и холодильной камеры, а после теплообмена с отработанными газами двигателя - в качестве рабочего тела для расширительной турбины с получением дополнительной энергии.

На чертеже изображена энергохолодильная установка со сжиженным природным газом.

Энергохолодильная установка состоит из емкости со сжиженным газом 1, линии подачи топлива 2, включающей в себя погружной насос 3, регулирующий клапан 4, дроссельный вентиль 5, холодильную камеру 6, вихревую трубу 7, магистраль холодного потока 8 с теплообменником 9, магистраль теплового потока 10 с нагревателем 11 и расширительной турбиной 12, расположенной на одном валу с потребителем мощности 13, смесительной емкости 14, двигателя Стирлинга 15, магистрали отработанных газов 16, проходящих через нагреватель 11. Двигатель Стирлинга 14 включает в себя холодильник 17, камеру сгорания 18 и систему охлаждения 19, состоящую из охладителя 20, связанного с окружающей средой, насоса 21 и проходящую через теплообменник 9 магистрали холодного потока 8.

Энергохолодильная установка со сжиженным природным газом работает следующим образом.

Сжиженный природный газ из емкости 1 с помощью насоса 3 поступает в линию подачи топлива 2, проходит через регулирующий клапан 4, дросселируется в вентиле 5 и поступает в холодильную камеру 6, где охлаждает внутреннюю среду камеры 6 до нужной температуры, при этом сам испаряется с повышением давления и температуры. Из холодильной камеры 6 газ поступает в вихревую трубку 7, где разделяется на два потока: холодный и теплый. Холодный поток по магистрали 8 поступает в смесительную емкость 14, проходя через теплообменник 9, где происходит теплообмен с системой охлаждения 19. Теплый поток по магистрали 10 проходит через нагреватель 11, где нагревается до высокой температуры с повышением давления за счет теплообмена с отработанными газами двигателя Стирлинга 15. После нагревателя 11 газ поступает в турбину 12, где, расширяясь, совершает дополнительную полезную работу, передаваемую потребителю мощности 13, а затем также поступает в смесительную емкость 14. Из нее газ поступает в камеру сгорания 18 двигателя 15. Отработанные газы по магистрали 16, проходят через нагреватель 11 и удаляются в окружающую среду. С целью охлаждения двигателя Стирлинга 15 предусмотрена система охлаждения 19. По этой системе нагретая от рабочего тела двигателя 15 охлаждающая жидкость из холодильника 17 с помощью насоса 21 подается сначала в охладитель 20, где происходит теплообмен с окружающей средой (например, атмосферным воздухом), при этом охлаждающая жидкость охлаждается то температуры окружающей среды. Затем жидкость подается в теплообменник 9, где она охлаждается до температуры ниже температуры окружающей среды за счет теплообмена с холодным потоком магистрали 8, и поступает вновь в холодильник 17. За счет теплообмена охлаждающей жидкости с низкой температурой и рабочим телом двигателя 15 происходит снижение нижней температуры цикла двигателя Стирлинга 15, что приводит к увеличению КПД.

Источники информации
1. Кершенбаум В. Я. , Фальк В.Э. Горизонты транспортной техники. М., "Транспорт", 1988. - стр. 109.

2. Теоретические основы тепло- и хладотехники. Ч. 1. Техническая термодинамика. Уч. пособие под ред. проф. Э.И. Гуйго. Л. 1974. - стр. 265.

3. Заявка РФ N 96115098. Бюл. N 29 от 20.10.98, стр. 200.

4. Патент РФ N 2053434. Бюл. N 3 от 27.01.96. - прототип.

Изобретение относится к области энергетики и газовых регенеративных машин и предназначено для получения механической или электрической энергии, а также холода. Сжиженный природный газ из емкости насосом подают через дроссельный вентиль в холодильную камеру. Охлаждая объем камеры, сжиженный газ испаряется, нагревается с повышением давления и поступает в вихревую трубу. В вихревой трубе газ разделяют на два потока - холодный и горячий. Магистраль холодного потока проходит через теплообменник. Магистраль горячего потока проходит через нагреватель и турбину, где расширение газа позволяет получить дополнительную мощность. Отработанные газы из двигателя Стирлинга проходят через нагреватель. Для охлаждения двигателя Стирлинга предусмотрена система охлаждения с охладителем, где происходит теплообмен с окружающей средой, насосом и теплообменником. Использование изобретения позволит повысить КПД преобразователя прямого цикла энергохолодильной установки и получить дополнительную энергию. 1 ил.

Энергохолодильная установка со сжиженным природным газом, включающая в себя преобразователь прямого цикла, теплоизолированную емкость с криогенным топливом (например, сжиженным природным газом), линию подачи топлива с запорными и электромагнитными клапанами, дроссельным вентилем и холодильником (испарителем), отличающаяся тем, что снабжена в качестве преобразователя прямого цикла двигателем Стирлинга, системой охлаждения двигателя с охладителем, связанным с окружающей средой, и насосом, а также линией подачи топлива, включающей в себя криогенный погружной насос, регулирующий клапан, дроссельный вентиль, холодильную камеру, вихревую трубу, смесительную емкость, связанную с вихревой трубой магистралями холодного и теплого потоков с теплообменниками, причем магистраль холодного потока содержит теплообменник, через который проходит система охлаждения двигателя, а магистраль теплого потока содержит теплообменник-нагреватель и расширительную турбину с потребителем мощности на одном валу, при этом отработанные газы двигателя проходят через теплообменник-нагреватель магистрали теплого потока.