Криогенная энергетическая установка

Полезная модель относится к технике хранения и распределения газов и жидкостей.
Известен топливный баллон, включающий в себя внешний сосуд высокого давления и внутренний сосуд без перепада давления, полость которого соединена с магистралью заправки и опорожнения, а в верхней части сообщена с полостью сосуда высокого давления. (Патент РФ 2163699, МПК F17C 9/02, опубл. 27.02.2001 - прототип). Особенностью такого баллона является то, что он может заправляться как газообразным продуктом, так и криогенным. В случае заправки баллона газообразным продуктом он работает как обычный баллон высокого давления, а в случае заправки равным по массе экологически чистым криогенным компонентом газификация происходит уже внутри баллона, что позволяет заправлять его при меньших давлениях. Внутренняя термосная емкость для криогенного компонента предотвращает тепловые удары и смягчает условия по термоциклической прочности конструкции.
Недостатком прототипа является отсутствие возможности использования баллона в автомобильных рефрижераторах, а также получения дополнительной электрической энергии.
Задачей полезной модели является получение потребной холодопроизводительности для охлаждения холодильной камеры автомобильного рефрижератора, а также дополнительной электрической энергии при эксплуатации баллона с криогенной заправкой.
Задача решается за счет того, что в криогенной энергетической установке, содержащей баллон с криогенной заправкой, согласно полезной модели, за баллоном с криогенной заправкой установлен газовый редуктор, соединенный с поршневым детандером, также за баллоном с криогенной заправкой установлен теплообменник-испаритель криогенного рабочего тела, соединенный последовательно с поршневым детандером, который, в свою очередь, соединен с теплообменником теплоносителя, за которым последовательно установлены насос, бак с теплоносителем, сепаратор теплоносителя, при этом сепаратор теплоносителя соединен с поршневым детандером, а сам поршневой детандер общим валом связан с электрогенератором, соединенным с блоком аккумуляторных батарей, и компрессором, за которым последовательно установлены теплообменник-конденсатор хладагента, вентиль, теплообменник-испаритель хладагента, соединенный с компрессором, причем теплообменник-испаритель криогенного рабочего тела и теплообменник-испаритель хладагента находятся в холодильной камере рефрижератора.
Теплообменник-испаритель криогенного рабочего тела и теплообменник-испаритель хладагента находятся в холодильной камере рефрижератора для получения потребной холодопроизводительности на ее охлаждение. В поршневом детандере происходит процесс расширения с совершением внешней работы, которая используется для привода компрессора и электрогенератора, на котором вырабатывается дополнительная электрическая энергия.
Сущность технического решения поясняется чертежом, на котором приведена схема предлагаемой криогенной энергетической установки.
Установка содержит баллон с криогенной заправкой 1, теплообменник-испаритель криогенного рабочего тела 2, поршневой детандер 3, теплообменник теплоносителя 4, насос 5, бак с теплоносителем 6, сепаратор теплоносителя 7, компрессор 8, электрогенератор 9, блок аккумуляторных батарей 10, теплообменник-конденсатор хладагента 11, вентиль 12, теплообменник-испаритель хладагента 13, холодильную камеру рефрижератора 14, газовый редуктор 15.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Баллон с криогенной заправкой 1 заправляется жидким криогенным рабочим телом. За счет естественных теплопритоков часть криогенного рабочего тела газифицируется. Из баллона с криогенной заправкой 1 криогенное рабочее тело в газообразном состоянии, проходя через газовый редуктор 15, поступает в поршневой детандер 3. Одновременно с этим, из баллона с криогенной заправкой 1 криогенное рабочее тело в жидкой фазе поступает в теплообменник-испаритель криогенного рабочего тела 2, где оно подогревается, отбирая 2/3 количества теплоты из холодильной камеры рефрижератора 14, и рабочее тело в двухфазной форме поступает в поршневой детандер 3, где за счет теплопритоков через стенки цилиндра и поршня, а также впрыска горячего теплоносителя, который поступает из бака теплоносителя 6 с помощью насоса 5 и подогревается в теплообменнике теплоносителя 4, происходит процесс расширения с совершением внешней работы, которая используется для привода компрессора 8 и электрогенератора 9. Электрическая энергия, вырабатываемая с помощью электрогенератора 9, накапливается в блоке аккумуляторных батарей 10. Смесь рабочего тела и теплоносителя через выпускной клапан поршневого детандера 3 подается в сепаратор теплоносителя 7, где происходит отделение рабочего тела от теплоносителя, после чего экологически чистое рабочее тело в газообразном состоянии поступает, отводится в окружающую среду, а теплоноситель возвращается в бак с теплоносителем 6.
Газообразный хладагент поступает в компрессор 8, где подвергается сжатию, далее попадает в теплообменник-конденсатор хладагента 11 и охлаждается, после чего проходя через вентиль 12, хладагент дросселируется. Жидкий хладагент поступает в теплообменник-испаритель хладагента 13, где переходит в газообразное состояние, при этом происходит поглощение 1/3 количества потребной теплоты из холодильной камеры рефрижератора 14, таким образом, получается холод, и затем он возвращается на вход компрессора 8.
Таким образом, применение такого технического решения позволяет получить потребную холодопроизводительность для охлаждения холодильной камеры автомобильного рефрижератора, также получить электрическую энергию, необходимую для привода компрессора и других нужд.