АВТОНОМНАЯ ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, в частности к автономным теплоэлектростанциям и может быть использована для отопления и электроснабжения зданий и других объектов, в том числе объектов удаленных от тепло- и энергосетей.
Наиболее близким по технической сущности заявляемому, является устройство автономной когенерационной энергоустановки (патент РФ №2162534, 1999, KЛ. F 02 G 5/02), которое рассматривается в качестве прототипа, содержащее двигатель внутреннего сгорания с электрогенератором на одном валу, линию подачи топлива, рубашку охлаждения двигателя, теплообменник-утилизатор тепла отработанных газов двигателя, через которую проходит магистраль отработанных газов двигателя, замкнутый контур передачи тепла от двигателя к потребителю, состоящий из линии подачи горячей жидкости потребителю и линии возврата охлажденной жидкости, циркуляционный насос.
Недостатком этого устройства является низкий коэффициент полезного действия (КПД) всей установки.
Задачей заявляемой полезной модели является - повышение КПД установки за счет использования кинетической энергии жидкости и рационального использования механической энергии двигателя.
Поставленная задача решается тем, что в автономной теплоэлектростанции (АТЭС), содержащей двигатель внутреннего сгорания с электрогенератором на одном валу, линию подачи топлива, рубашку охлаждения двигателя, теплообменник-утилизатор тепла отработанных газов двигателя, через который проходит магистраль отработанных газов двигателя, замкнутый контур передачи тепла от двигателя к потребителю,
состоящий из линии подачи горячей жидкости потребителю и линии возврата охлажденной жидкости, циркуляционный насос, линия подачи горячей жидкости потребителю имеет две магистрали, на первой магистрали последовательно установлены циркуляционный насос и вихревой теплогенератор.
Циркуляционный насос расположен на одном валу с двигателем внутреннего сгорания.
На линии подачи горячей жидкости установлены два регулирующих поступление жидкости клапана: на первой магистрали, перед насосом, и на второй магистрали, непосредственно связанной с потребителем.
Благодаря вышеперечисленным конструктивным изменениям установки, использованию кинетической энергии жидкости и рациональному использованию механической энергии двигателя, КПД установки значительно повышается по сравнению с прототипом, что становится ясным из следующих вычислений:
двс
η - КПД двигателя внутреннего сгорания;
двс
η - 0,4 ("Экологические системы" август 2004 г, №8).
эг
η - КПД электрогенератора;
эг
η≈0,9 для электрогенераторов типа СГД, ОС, ЕСС, ГСФ.
тг
η - КПД теплогенератора;
тг
Q - потребляемая мощность вихревого теплогенератора с циркуляционным насосом;
тг
тг
η=1,4 и Q=5кВт (параметры вихревого теплогенератора Юсмар
3М фирмы "Юсмар").
Произведем расчет коэффициента полезного действия АТЭС, взяв
мощности двигетеля внутреннего сгорания и электрогенератора:
двс
эг
Q=10 кВт и Q=5 кВт.
АТЭС
η-КПД АТЭС;
АТЭС
ЭГ
ЭГ
ТГ
ТГ
ДВС
η=(Q*Тη+Q*η)* η=(5*0,9+5*1,4)*0,4=0,46.
С учетом дополнительного нагрева жидкости в рубашке охлаждения двигателя и в теплообменнике-утилизаторе тепла отработанных газов двигателя КПД АТЭС повышается на (5-10) %, что в сумме дает:
АТЭС
η≈0,48.
Это существенно выше КПД поршневых установок, работающих на органическом топливе (мини - ТЭЦ), к которым можно отнести установку, взятую за прототип:
МТЭЦ
η≈0,38.
На чертеже представлен общий вид устройства АТЭС, которая содержит двигатель внутреннего сгорания 1, имеющий рубашку охлаждения 2, магистраль отработанных газов 3 и линию подачи топлива 4 с регулирующим подачу топлива клапаном 5. Электрогенератор 6 и насос 7 расположены на одном валу 8 с двигателем внутреннего сгорания 1. В замкнутом контуре передачи тепла от двигателя к потребителю линия подачи горячей жидкости 9 имеет две магистрали. Насос 7 и вихревой теплогенератор 10 последовательно расположены на первой магистрали 11. Вторая магистраль 12 непосредственно связана с потребителем. Линия подачи горячей жидкости 9 содержит два регулирующих поступление жидкости клапана 13 и 14: клапан 13 расположен перед насосом 7, на первой магистрали 11, клапан 14 на второй магистрали 12. Линия подачи охлажденной жидкости 15 проходит через рубашку охлаждения двигателя 2 и теплообменник-утилизатор отработанных газов двигателя 16, через который проходит магистраль отработанных газов двигателя внутреннего сгорания 3. Устройство содержит систему управления 17.
Устройство работает следующим образом.
При работе двигатель внутреннего сгорания 1 вырабатывает механическую энергию, часть которой преобразуется в электрическую с помощью электрогенератора 6, установленного вместе с циркуляционным насосом 7 на одном валу 8 с двигателем 1. Выделяемое при работе двигателя 1 тепло отбирается жидкостью в рубашке охлаждения 2. Далее происходит ее дополнительный нагрев в теплообменнике-утилизаторе тепла отработанных газов 17, через который проходит магистраль отработанных газов 3. Для регулирования температуры жидкости линия подачи горячей жидкости 9 имеет две магистрали 11 и 12, связанные с потребителем. При работе циркуляционный насос 7, установленный на магистрали 11, подает под давлением жидкость в вихревой теплогенератор 10, который в свою очередь производит ее интенсивный нагрев. По магистрали 12 жидкость непосредственно направляется к потребителю. Охлажденная потребителем жидкость поступает по линии охлажденной жидкости 15 в рубашку охлаждения двигателя 2. Для регулирования количества вырабатываемой электрической энергии и температуры жидкости предусмотрены регулирующие клапаны 5, 13 и 14, установленные на линии подачи топлива 4 и магистралях 11 и 12 соответственно. Регулирование производится системой управления 17.
Применение заявляемой установки позволит значительно повысить эффективность отопления и электроснабжения объектов, удаленных от тепло- и энергосетей за счет повышения КПД устройства.