ВОЗДУШНАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2009 года по МПК F25B11/02 F25B9/06 

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к воздушным турбохолодильным установкам.

Известна воздушная турбохолодильная установка, которая содержит турбодетандер, многокамерный динамический теплообменник, потребитель холода, источник энергии и центробежный турбокомпрессор (см. патент РФ №2262047, МПК F25B 11/00, 2005 г.).

Недостатком такой установки является то, что для ее работы нужен дополнительный источник энергии, необходимый для обеспечения камеры сгорания воздухом для горения топлива. Кроме того, необходимо наличие электродвигателя, который обычно плохо согласуется с центробежным турбокомпрессором по частоте вращения и требует наличия источника электричества.

Известна турбохолодильная установка, содержащая турбокомпрессор, турбодетандер и узел сжигания топлива, при этом выход компрессора турбокомпрессора через первый воздухоохладитель связан с входом компрессора турбодетандера, при этом вход турбины турбокомпрессора связан с выходом узла сжигания топлива, выход компрессора турбодетандера через второй воздухоохладитель связан с входом турбины турбодетандера, выход которой связан с потребителем холода. В качестве привода компрессора использован газотурбинный двигатель, выхлопное устройство которого подсоединено к турбине турбокомпрессора, в качестве турбокомпрессора использован турбореактивный двигатель (см. патент РФ №2084780, МПК F25В 11/00, опубл. 1997 г.).

Эта турбохолодильная установка выбрана в качестве прототипа, как наиболее близкая по технической сущности.

Указанная схема требует источника сжатого воздуха для сжигания топлива. При этом расход рабочего тела для газотурбинного двигателя весьма велик (он сравним с подачей турбокомпрессора). Если этот воздух отбирать от турбокомпрессора, то уменьшается подача воздуха на турбодетандер, что снизит хладопроизводительность. Если направлять в камеру сгорания воздух после турбодетандера, то нужно уменьшить перепад давлений в турбодетандере, а значит уменьшить температуру воздуха после турбодетандера, снизить его хладопроизводительность.

В основу изобретения поставлена задача получения автономного источника холода с диапазоном температур -20°С - -80°С.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в увеличении холодильного коэффициента. За счет разделения потока сжатого воздуха на два потока появилась возможность автономной работы холодильной установки без необходимости дополнительного генератора сжатого воздуха.

Для решения поставленной задачи воздушная холодильная установка, содержащая турбокомпрессор, турбодетандер и узел сжигания топлива, при этом выход компрессора турбокомпрессора через первый воздухоохладитель связан с входом компрессора турбодетандера, при этом вход турбины турбокомпрессора связан с выходом узла сжигания топлива, выход компрессора турбодетандера через второй воздухоохладитель связан с входом турбины турбодетандера, выход которой связан с потребителем холода, отличается тем, что выход компрессора турбокомпрессора связан с входом пневморегулятора, выполненного с возможностью разделения потока сжатого воздуха на два потока, при этом второй выход пневморегулятора через первый воздухоохладитель связан с входом компрессора турбодетандера, при этом узел сжигания топлива выполнен в виде камеры сгорания, связанной со средством подачи топлива, полость которой связана с первым выходом пневморегулятора и связана с выходом источника пара, при этом выход камеры сгорания связан с входом турбины турбокомпрессора.

Кроме того, на выходе турбины турбокомпрессора установлен источник пара. При этом турбокомпрессор и турбодетандер выполнены на подшипниках с воздушной смазкой. Кроме того, пневморегулятор выполнен с возможностью разделения сжатого воздуха на два потока, предпочтительно различного расхода.

Сравнение существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признаки - «…выход компрессора турбокомпрессора связан с входом пневморегулятора, выполненного с возможностью разделения потока сжатого воздуха на два потока, при этом второй выход пневморегулятора через первый воздухоохладитель связан с входом компрессора турбодетандера…» - обеспечивают автоматический отбор необходимого количества воздуха для работы газовой турбины (турбины турбокомпрессора), при этом оставшийся воздух направляется в турбодетандер.

Признаки - «…узел сжигания топлива выполнен в виде камеры сгорания, связанной со средством подачи топлива, полость которой связана с первым выходом пневморегулятора и связана с выходом источника пара, при этом выход камеры сгорания связан с входом турбины турбокомпрессора…» - обеспечивают необходимое соотношение между топливом и воздухом при сгорании, а также нужную температуру рабочего тела на входе в турбину и необходимое количество этого тела.

Признаки второго дополнительного пункта формулы изобретения позволяют увеличить отбор воздуха на детандер (турбину турбодетандера), направляя вместо воздуха в газовую турбину (турбину турбокомпрессора) пар.

Признаки третьего дополнительного пункта формулы изобретения позволяют получить на выходе установки холодный воздух без масляных примесей, который можно направлять непосредственно на охлаждаемый продукт.

Признаки четвертого пункта формулы изобретения позволяют направлять необходимое количество сжатого воздуха на турбодетандер.

Техническая сущность предлагаемого решения поясняется чертежом, где представлена принципиальная схема воздушной холодильной установки.

На чертеже показаны воздушный фильтр 1, турбокомпрессор 2, компрессор 3, газовая турбина 4, пневморегулятор 5, камера 6 сгорания, регенератор 7, первый воздухоохладитель 8, турбодетандер 9, компрессор 10, детандер 11, второй воздухоохладитель 12.

Предложенная воздушная холодильная установка работает следующим образом. Компрессор 3 через воздушный фильтр 1 засасывает атмосферный воздух и сжимает его. Затем пневморегулятор 5 разделяет сжатый воздух на две части. Одна его часть поступает в камеру 6 сгорания, куда поступает топливо, а также пар с регенератора 7 пара. Другая часть сжатого воздуха поступает через первый воздухоохладитель 8 в компрессор 10 турбодетандера 9. В компрессоре 10 происходит повышение давления воздуха. Затем сжатый воздух через второй воздухоохладитель 12 поступает в детандер 11, где происходит срабатывание перепада давлений и охлаждение воздуха. Пар, получаемый в регенераторе 7 за счет утилизации тепла отработанных газов и поступающий в камеру 6 сгорания, увеличивает массу рабочего тела для газовой турбины 4, т.к. часть воздуха отбирается на турбодетандер 9, а также используется для понижения температуры продуктов сгорания до значения, определяемого максимальной теплонапряженностью материала лопаток турбины. Использование подшипников с воздушной смазкой в турбокомпрессоре и турбодетандере позволяет направлять холодный воздух непосредственно на охлаждаемый продукт, т.к. холодный воздух на выходе такой установки не содержит масляных примесей.

Предлагаемая установка полностью автономна, не требует потребления электроэнергии и не требует дополнительного генератора сжатого воздуха. В качестве турбокомпрессоров могут быть использованы серийно выпускаемые турбокомпрессоры наддува дизелей.

Изобретение относится к холодильной технике. Воздушная холодильная установка содержит турбокомпрессор, турбодетандер и узел сжигания топлива. Выход компрессора турбокомпрессора через первый воздухоохладитель связан с входом компрессора турбодетандера. Вход турбины турбокомпрессора связан с выходом узла сжигания топлива. Выход компрессора турбодетандера через второй воздухоохладитель связан с входом турбины турбодетандера, выход которой связан с потребителем холода. Выход компрессора турбокомпрессора связан с входом пневморегулятора, выполненного с возможностью разделения потока сжатого воздуха на два потока. Второй выход пневморегулятора через первый воздухоохладитель связан с входом компрессора турбодетандера. Узел сжигания топлива выполнен в виде камеры сгорания, связанной со средством подачи топлива. Полость камеры сгорания связана с первым выходом пневморегулятора и связана с выходом источника пара. Выход камеры сгорания связан с входом турбины турбокомпрессора. На выходе турбины турбокомпрессора установлен источник пара. Турбокомпрессор и турбодетандер выполнены на подшипниках с воздушной смазкой. Пневморегулятор выполнен с возможностью разделения сжатого воздуха на два потока, предпочтительно различного расхода. Техническим результатом является увеличение холодильного коэффициента автономной холодильной установки, не требующей потребления электроэнергии. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Воздушная холодильная установка, содержащая турбокомпрессор, турбодетандер и узел сжигания топлива, при этом выход компрессора турбокомпрессора через первый воздухоохладитель связан с входом компрессора турбодетандера, при этом вход турбины турбокомпрессора связан с выходом узла сжигания топлива, выход компрессора турбодетандера через второй воздухоохладитель связан с входом турбины турбодетандера, выход которой связан с потребителем холода, отличающаяся тем, что выход компрессора турбокомпрессора связан с входом пневморегулятора, выполненного с возможностью разделения потока сжатого воздуха на два потока, при этом второй выход пневморегулятора через первый воздухоохладитель связан с входом компрессора турбодетандера, при этом узел сжигания топлива выполнен в виде камеры сгорания, связанной со средством подачи топлива, полость которой связана с первым выходом пневморегулятора и связана с выходом источника пара, при этом выход камеры сгорания связан с входом турбины турбокомпрессора.

2. Воздушная холодильная установка по п.1, отличающаяся тем, что на выходе турбины турбокомпрессора установлен источник пара.

3. Воздушная холодильная установка по п.1, отличающаяся тем, что турбокомпрессор и турбодетандер выполнены на подшипниках с воздушной смазкой.

4. Воздушная холодильная установка по п.1, отличающаяся тем, что пневморегулятор выполнен с возможностью разделения сжатого воздуха на два потока, предпочтительно различного расхода.