ДИЗЕЛЬНАЯ ЭНЕРГОХОЛОДИЛЬНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2003 года по МПК F25B27/02 F01B21/00 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в качестве энергохолодильной системы для объектов, функционирующих без связи с атмосферой, например для специальных фортификационных сооружений.

Известен способ организации рабочего процесса дизеля на водородном топливе для повышения КПД дизеля и уменьшения концентрации вредных компонентов выхлопа, при котором водород непосредственно впрыскивается в камеру сгорания в конце такта сжатия под давлением 8 MПа с помощью специальной форсунки. Для воспламенения смеси служит керамическая калильная свеча со встроенным вольфрамовым электронагревателем. Электронагреватель включается на режимах пуска и прогрева дизеля, на остальных режимах свеча обеспечивает температуру 1170÷1270 К за счет выделяющегося при сгорании топлива тепла (Мищенко А.И. Перспективы применения водорода и метанола в качестве моторных топлив. //Автомобильная промышленность, 1986, N 11, с. 8÷10).

Известен процесс беспламенного каталитического окисления продуктов неполного сгорания (СО, СН) и конструкция каталитических нейтрализаторов окисления на основе Pt, Pd, Сu, Сr и др. (Новиков Л.А., Юрченко Э.Н., Шляхтов В. А. Создание установок очистки газов стационарных дизелей и испытательных станций. //Двигателестроение, 1995, N 182, с. 72÷77).

Известна схема абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машины, включающей в себя генератор, абсорбер, конденсатор, испаритель, регенератор, питательный насос и дроссельный вентиль, при этом подвод высокотемпературной теплоты (нагрев) осуществляется в генераторе, а подвод низкотемпературной теплоты (охлаждение) - в холодильнике (Холодильные машины. Справочник. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, с. 155÷166). Однако для работы абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машины необходимо подведение к ней теплоты.

Известна реакция поглощения диоксида углерода гидроксидом кальция: СО₂+Са(ОН)₂=СаСО₃+Н₂О (Глинка Н.Л. Общая химия. Учебное пособие для вузов. - 22-е изд. испр. /Под ред. Рабиновича В.А. Л.: Химия, 1982, с. 616).

Известно взаимодействие гидридов щелочных и щелочноземельных металлов с водой с выделением газообразного водорода, например
LiH+Н₂О=LiOH+H₂,
(Гидриды металлов. /Под редакцией В. Мюллера, Д. Блэкледжа и Дж. Либовица. Перевод с английского. М.: Атомиздат, 1973, с. 22).

Известны автономные стационарные энергохолодильные системы для объектов, функционирующих без связи с атмосферой, представляющих собой структурно-функциональное объединение преобразователя прямого цикла (ППЦ) и преобразователя обратного цикла (ПОЦ), предназначенных для совместного производства электрической энергии и холода за счет энергии высокотемпературного источника теплоты. Энергохолодильные системы могут создаваться на основе различных типов преобразователей, причем ППЦ служит для получения электрической энергии, а ПОЦ - для получения холода. Для нормального функционирования ППЦ и ПОЦ от них необходимо отводить тепло (1 и 2 законы термодинамики), и ввиду отсутствия связи с атмосферой, это низко потенциальное тепло должно аккумулироваться и складироваться внутри объекта. Поэтому охлаждение преобразователей осуществляется за счет теплоаккумулирующего вещества (TAB), в качестве которого выступает вода, при температуре около +4^oС, что обуславливает необходимость создания хранилищ с большими объемами для хранения холодной воды и воды, аккумулировавшей тепло преобразователей. Недостатком является то, что хотя структурно-функциональное объединение ППЦ и ПОЦ позволяет сократить потребление TAB за счет переключения схем подачи холодной воды в холодильники преобразователей, однако и в этом случае запасы TAB составляют значительный процент от объема объекта в целом, что приводит к большой стоимости строительства объектов данного типа (Гришутин М.М., Севастьянов А.П. Теория и методы расчетов автономных энергохолодильных установок. М.: Изд. МЭИ, 1992, 240 с.).

Известна принципиальная схема энергохолодильной системы, содержащая дизельную энергоустановку замкнутого цикла на синтез-газе, машину Вюлемье-Такониса, работа которой осуществляется за счет отработавших газов дизеля, разомкнутый контур с криогенным окислителем (патент РФ N 2088864. Бюл. N 24 от 27.08.1997). Однако работа дизеля на синтез-газе с внешним смесеобразованием приводит к снижению КПД.

Известна энергетическая установка для объектов, функционирующих без связи с атмосферой, включающая в себя замкнутый контур дизельной установки, теплоиспользующую холодильную машину, через генератор которой проходит контур дизельной установки, линию водорода с реактором для генерации водорода, линию криогенного окислителя с испарителем-подогревателем и линию технической воды (патент РФ N 2176054. Бюл. N 32 от 20.11.2001). Однако в системе не используется высокотемпературная теплота продуктов реакции генерации водорода.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в сокращении объемов хранилищ ТАВ за счет получения дополнительного холода.

Для достижения данного технического результата дизельная энергохолодильная система, включающая в себя замкнутый контур дизельной установки, теплоиспользующую холодильную машину, через генератор которой проходит контур дизельной установки, линию водорода с реактором для генерации водорода, линию криогенного окислителя и линию технической воды, снабжена теплоиспользующей холодильной машиной, выполненной в виде абсорбционной холодильной машины и дополнительной абсорбционной холодильной машины, связанной с реактором генерации водорода контуром промежуточного теплоносителя.

Введение в состав дизельной энергохолодильной системы дополнительной теплоиспользующей холодильной машины, связанной контуром промежуточного теплоносителя с реактором генерации водорода, позволяет получить новое свойство, заключающееся в получении дополнительного холода за счет использования теплоты генерации водорода.

На чертеже изображена дизельная энергохолодильная система.

Энергохолодильная система в своем составе имеет замкнутый контур дизельной установки, состоящий из дизеля 1, каталитического нейтрализатора продуктов неполного сгорания 2, при этом замкнутый контур дизельной установки проходит через генератор абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машины 3, охладителя-конденсатора 4, адсорбера (реактора) для поглощения двуокиси углерода из состава отработавших газов 5, компрессора 6, смесителя 7, а также линию подачи жидкого кислорода, которая включает емкость для его хранения 8, запорно-регулирующий вентиль 9 и испаритель-подогреватель 10, линию подачи технической воды, включающую в себя емкость для хранения технической воды и сбора конденсата 11, насос подачи технической воды 12 и запорно-регулирующий вентиль 13, линию подачи газообразного водорода, содержащую реактор генерации водорода 14, запорно-регулирующий вентиль 15, охладитель 16 с линией отвода конденсата 17, компрессор 18, дополнительную абсорбционную бромисто-литиевую холодильную машину 19, соединенную контуром промежуточного теплооносителя 20 с реактором генерации водорода 14.

Дизельная энергохолодильная система работает следующим образом.

Предварительно, перед началом работы объекта в режиме без связи с атмосферой, в нем запасается необходимое (расчетное) количество криогенного окислителя - кислорода в емкости 8, а также технической воды в емкости 11 и гидрида металла (например, лития LiH).

Перед переключением дизельной энергоустановки для работы без связи с атмосферой из емкости 11 насосом 12 через запорно-регулирующий вентиль 13 в реактор 14 подается расчетное количество технической воды. Одновременно в реактор 14 подается гидрид металла, например лития, и в нем генерируется топливо - водород.

При переключении дизельной энергоустановки для работы без связи с атмосферой в конце такта сжатия в камеру сгорания двигателя подается газообразный водород из реактора 14 через запорно-регулирующий вентиль 15, охладитель 16 с линией отвода конденсата 17 компрессором 18 под давлением, превышающим максимальное давление цикла. Образующаяся горючая смесь воспламеняется от калильной свечи зажигания, расположенной в камере сгорания (не показаны) дизеля 1.

Отработавшие газы дизеля 1, состоящие из азота и его окислов, непрореагировавшего кислорода, паров воды, двуокиси углерода, а также некоторого количества СО и СН, обусловленного выгоранием углеводородных смазок, попадающих в камеру сгорания, через каталитический нейтрализатор 2, в котором происходит доокисление продуктов неполного сгорания в СО₂ и Н₂О_(цир), генератор абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машины 3, в котором срабатывают свой термодинамический потенциал, далее через охладитель-конденсатор 4, в котором водяной пар охлаждается, конденсируется и выводится из цикла в емкость 11, и затем через реактор 5 с химическим поглотителем, в котором охлажденные отработавшие газы освобождаются от двуокиси углерода, компрессором 6 через смеситель 7, в котором газовая смесь обогащается кислородом до необходимой концентрации из емкости 8, через запорно-регулирующий вентиль 9 и испаритель-подогреватель 10 подаются на впуск дизеля 1, и дизель продолжает функционировать по замкнутому циклу на рабочей смеси азота, окиси азота и кислорода (N₂+NО+О₂).

Выведенный из цикла в емкость 11 конденсат водяного пара насосом 12 через запорно-регулирующий вентиль 13 подается в реактор 14, в котором взаимодействует с гидридом металла (например, LiH) с образованием водородного топлива. Теплота реакции генерации водорода в реакторе 14 с помощью контура промежуточного теплоносителя 20 передается рабочему телу дополнительной абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машины 19 и в ней генерируется холод.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в качестве энергохолодильной системы для объектов, функционирующих без связи с атмосферой, например для специальных фортификационных сооружений. Перед началом работы объекта в режиме без связи с атмосферой в нем запасается криогенный окислитель кислорода, а также техническая вода и гидрид металла. Перед переключением дизельной энергоустановки для работы без связи с атмосферой в реактор подается гидрид металла и в нем генерируется топливо - водород. Отработавшие газы дизеля через каталитический нейтрализатор, генератор абсорбционной холодильной машины, реактор и смеситель подаются на впуск дизеля, и дизель продолжает функционировать по замкнутому циклу на рабочей снеси азота, окиси азота и кислорода. Теплота реакции генерации водорода в реакторе с помощью контура промежуточного теплоносителя передается рабочему телу дополнительной абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машины и в ней генерируется холод. Использование изобретения позволит сократить объемы хранилищ теплоаккумулирующего вещества за счет получение дополнительного холода. 1 ил.

Дизельная энергохолодильная система, включающая в себя замкнутый контур дизельной установки, теплоиспользующую холодильную машину, через генератор которой проходит контур дизельной установки, линию водорода с реактором для генерации водорода, линию криогенного окислителя и линию технической воды, отличающаяся тем, что теплоиспользующая холодильная машина выполнена в виде абсорбционной холодильной машины, а система снабжена дополнительной абсорбционной холодильной машиной, связанной контуром промежуточного теплоносителя с реактором генерации водорода.