Устройство для утилизации теплоты передвижной электростанции буровой установки Российский патент 2024 года по МПК F02G5/02 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к передвижной электростанции с двигателями внутреннего сгорания и со средствами утилизации потерь тепла двигателя, может быть использовано при бурении геологоразведочных скважин путем использования вторичных энергоресурсов двигателя внутреннего сгорания передвижных электростанций.

Известно устройство для утилизации теплоты отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №2188332; F02G 5/02, F01K 11/00 от 27.08.2002), которое содержит последовательно соединенные парогенератор, сепаратор пара с паровой и жидкостной полостями, паровую турбину, конденсатор пара, емкость сбора конденсата и циркуляционный насос.

Недостатком данного устройства является то, что отсутствует возможность отбора тепла из системы жидкостного охлаждения, которая выбрасывается в атмосферу, что приводит к не доиспользанию теплоты вырабатываемой двигателем внутренного сгорания.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемого изобретения является устройство для утилизации тепла двигателя внутреннего сгорания (патент СССР №1677361 A1, F 02 G 5/04, B 60 H 1/02 от 15.09.91, бюл. №34), содержащее двигатель внутреннего сгорания, вентилятор, радиатор системы охлаждения двигателя и газовоздушный теплообменник.

Недостатком данного устройства является то, что теплота выхлопных газов и радиатора двигателя внутреннего сгорания используется только для воздушного обогрева помещения, отсутствует возможность получения горячей воды и преобразование тепловой энергии в электрическую, что снижает КПД устройства в целом.

Задачей изобретения является снижение энергетических затрат при бурении геологоразведочных скважин, за счет использования вторичных энергоресурсов двигателя внутреннего сгорания передвижной электростанций для получения горячей воды, а также получения электрической энергии.

Поставленная задача обеспечивается тем, что устройство для утилизации теплоты передвижной электростанции буровой установки с вентилятором и радиатором системы охлаждения, содержит три теплообменника, блок термоэлектрогенераторов, водяной насос и вихревую трубу, причем выхлопная труба двигателя внутреннего сгорания соединена с входной трубой горячего узла блока термоэлектрогенератора, выходная труба горячего узла блока термоэлектрогенератора соеденена с вихревой трубой, горячий выход вихревой трубы соединен с первым теплообменником, выход которого соединен со вторым теплообменником, холодный выход вихревой трубы соединен с третьим теплообменником, входная труба которого соединена с водяном насосов, а выходная труба соединена с холодным узлом блока термоэлектрогенератора.

Предлагаемое устройство для утилизации теплоты двигателя внутреннего сгорания бурой установки, в отличие от прототипа дает возможность получения тепловой и электрической энергии, тем самым позволяет снизить затраты на горячее водоснабжение, отопление, теплоснабжение технологических процессов, а также затраты на электроэнергию благодаря использованию вторичных энергоресурсов двигателя внутреннего сгорания передвижной электростанции для получения горячей воды, а также получения электрической энергии.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для утилизации теплоты двигателя внутреннего сгорания буровой установки 1 с двигателем внутреннего сгорания 2, которая содержит жидкостный радиатором охлаждения 3 и вентилятор 4, установленным между радиатором 3 и теплообменником воздух-воздух 5, снабженный воздушным фильтром 6 и направляющим горячего воздуха 7. Выхлопная труба 8 двигателя внутреннего сгорания 2 с помощью трубы 9 соединена со входом горячего узла блока термоэлектрогенератора 10, выход горячего узла блока термоэлектрогенератора соединен при помощи трубы 11 с вихревой трубой 12, горячий конец которой в свою очередь соединен при помощью тубы 13 ко входу теплообменника воздух-вода 14, выход теплообменника воздух-вода 14 соединен при помощи трубы 15с теплообменником воздух-воздух 5, холодный конец вихревой трубы 12 при помощи трубы 16 соединен с теплообменником воздух-вода 17, водяной вход теплообменника воздух-вода 17 соединен с насосной установкой 19 при помощи трубы 18, водяной выход теплообменника воздух-вода 17 соединен с холодном узлом блока термоэлектрогенератора 10 при помощи трубы 20. Электрическая энергия, вырабатываемая в блоке термоэлектрогенератора 10, отводится кабелем 17.

Устройство работает следующим образом:

После запуска двигателя внутреннего сгорания выхлопной газ, проходит через блок термоэлектрогенераторов, работающих по эффекту Зеебека, состоящих из горячего и холодного узлов, выполненных в виде шестиугольника в поперечном сечении, нагревает горячий узел, в результате чего возникает разница температур между горячим и холодным спаями модуля, что приводит к возникновению термо ЭДС, которая может быть использована для освещения, подзарядки аккумуляторных батарей и пр. Холодный узел охлаждается водой подаваемой насосом, нагретая вода в результате работы термоэлектрогенератора используется для приготовления бурового раствора или для подпитки зумпфа с буровым раствором. Выхлопные газы, выходя с блока термоэлектрогенераторов поступают в вихревую трубу, где происходит температурное разделение газа на холодный и горячий потоки. Холодный поток отводится в охладитель воды в виде теплообменника воздух-вода, установленным между насосом и блоком термоэлектрогенераторов для более глубокого охлаждения воды. Горячий поток подается на теплообменник воздух-вода для получения горячей воды, используемой для горячего водоснабжения или для отопления бытовых и технологических помещений. Горячий поток выходя из теплообменника воздух-вода поступает в теплообменник воздух-воздух для дополнительного отбора тепла. Воздушный поток, создаваемый вентилятором, отбирает теплоту с радиатора двигателя внутреннего сгорания и поступает в теплообменник воздух-воздух для дополнительного нагревания. Нагретый воздушный поток, очищенный воздушным фильтром, используется для отопления бытовых и технологических помещений.

Таким образом, предложенное устройство для утилизации теплоты двигателя внутреннего сгорания буровой установки позволяет снизить затраты на горячее водоснабжение, отопление, теплоснабжение технологических процессов, а также снижает затраты электроэнергии на освещение, устройства контроля и сигнализации, подзарядки аккумуляторных батарей и пр.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к передвижной электростанции с двигателями внутреннего сгорания и со средствами утилизации потерь тепла двигателя, может быть использована при бурении геологоразведочных скважин, путем использования вторичных энергоресурсов двигателя внутреннего сгорания передвижных электростанций. Техническая проблема, на решение которой направлено заявленное решение, заключается в снижении энергитеческих затрат при бурении геологоразведочных скважин за счет использования вторичных энергоресурсов двигателя внутреннего сгорания передвижной электростанции для получения горячей воды, а также получения электрической энергии. Согласно изобретению устройство для утилизации теплоты двигателя внутреннего сгорания содержит двигатель внутреннего сгорания, вентилятор, радиатор системы охлаждения и три теплообменника. При этом устройство дополнительно содержит блок термоэлектрогенераторов, соединенный с одной стороны к выхлопной трубе, с другой стороны к вихревой трубе, блок термоэлектрогенераторов охлаждается водой в охладителе воды, которая установлена между насосом и блоком термоэлектрогенераторов, воду, в свою очередь, охлаждает холодный поток, поступающий с вихревой трубы. Горячий конец вихревой трубы соединен к теплообменнику. 1 ил.

Устройство для утилизации теплоты передвижной электростанции буровой установки, содержащее двигатель внутреннего сгорания, вентилятор, радиатор системы охлаждения и теплообменник, отличающееся тем, что дополнительно содержит два теплообменника, блок термоэлектрогенераторов, водяной насос и вихревую трубу, причем выхлопная труба двигателя внутреннего сгорания соединена с входной трубой горячего узла блока термоэлектрогенератора, выходная труба горячего узла блока термоэлектрогенератора соединена с вихревой трубой, горячий выход вихревой трубы соединен с первым теплообменником, выход которого соединен со вторым теплообменником, холодный выход вихревой трубы соединен с третьим теплообменником, входная труба которого соединена с водяным насосом, а выходная труба соединена с холодным узлом блока термоэлектрогенератора.