Теплоэнергетическая установка
Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована для получения электрической энергии, а также охлаждения воздуха в помещениях передвижных и стационарных объектов. Теплоэнергетическая установка, содержащая двигатель 1 Стирлинга с электрической машиной 2 на валу 3, включающий камеру 4 сгорания с патрубком 5 отвода отработанных газов, холодильник 6 и контур охлаждения двигателя 1, который содержит теплообменник 7 с проточной системой охлаждения, содержащей подводящую 8 и отводящую 9 магистрали, и насос 10, содержит первый дополнительный теплообменник 11, который размещен на патрубке 5 отвода отработанных газов, и аккумулятор холода, содержащий емкость 12, в которой размещены: хладагент 13, второй 14, третий 15 дополнительные теплообменники, при этом второй дополнительный теплообменник 15 соединен магистралями 16, 17 с первым дополнительным теплообменником 11, третий дополнительный теплообменник 15 соединен с системой циркуляции воздуха в помещении, при этом электрическая машина 2 на валу 3 двигателя 1 выполнена обратимой; в качестве хладагента использована вода. Повышается эффективность выработки холода, а также упрощается конструкция и эксплуатация установки.
Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована для получения электрической энергии, а также охлаждения воздуха в помещениях передвижных и стационарных объектов.
Известна энергетическая установка, состоящая из двигателя Стирлинга, системы охлаждения, системы подачи топливной смеси; установка снабжена тепловой машиной, работающей за счет теплоты отработанных газов двигателя и генерирующей холод для снижения минимальной температуры цикла двигателя Стирлинга, RU 2099564 С1.
Данная установка генерирует холод только для собственных нужд двигателя Стирлинга - снижает минимальную температуру цикла двигателя Стирлинга до значения температуры окружающей среды.
Известна теплоэнергетическая установка, содержащая двигатель Стирлинга с потребителем мощности - электрической машиной на валу, включающий холодильник, камеру сгорания с патрубком отвода отработанных газов и контур охлаждения двигателя, который содержит теплообменник с проточной системой охлаждения, содержащей подводящую и отводящую магистрали и насос; установка снабжена пароэжекторной холодильной машиной с парогенератором и пароперегревателем, используемыми в качестве теплообменников-утилизаторов теплоты отработанных газов двигателя; через конденсатор холодильной машины проходит магистраль передачи тепла от холодильной машины к потребителям тепла, а система охлаждения двигателя содержит теплообменник-охладитель, через который проходит магистраль подачи окружающей среды, RU 2164614 С1.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.
Установка-прототип не позволяет получить достаточное количество холода, поскольку пароэжекторная машина может обеспечить холод только в количестве, необходимом для собственных нужд двигателя. Эффективное охлаждение воздуха в помещении при малом количестве холода, вырабатываемого пароэжекторной машиной, без дополнительного подвода энергии невозможно.
Однако в специальных помещениях, не имеющих связи с атмосферой, и вместе с тем при наличии жестких требований к температуре воздуха в этих помещениях, задача эффективного охлаждения воздуха является принципиально важной.
Кроме того, пароэжекторная машина имеет достаточно сложную конструкцию, а также требует постоянного контроля ее состояния, что усложняет конструкцию и эксплуатацию установки в целом.
Задачей настоящей полезной модели является повышение эффективности выработки холода, а также упрощение конструкции и эксплуатации установки.
Согласно полезной модели теплоэнергетическая установка, содержащая двигатель Стирлинга с электрической машиной на валу, включающий камеру сгорания с патрубком отвода отработанных газов, холодильник и контур охлаждения двигателя, который содержит теплообменник с проточной системой охлаждения, содержащей подводящую и отводящую магистрали, и насос, содержит первый дополнительный теплообменник, который размещен на патрубке отвода отработанных газов, и аккумулятор холода, содержащий емкость, в которой размещены: хладагент, второй, третий дополнительные теплообменники, при этом второй дополнительный теплообменник соединен магистралями с первым дополнительным теплообменником, третий дополнительный теплообменник соединен с системой циркуляции воздуха в помещении, при этом электрическая машина на валу двигателя выполнена обратимой; в качестве хладагента использована вода.
Теплоэнергетическая установка содержит двигатель 1 Стирлинга с электрической машиной 2 на валу 3. Двигатель 1 Стирлинга включает камеру 4 сгорания с патрубком 5 отработанных газов, холодильник 6 и контур охлаждения двигателя 1, который содержит теплообменник 7 с проточной системой охлаждения, содержащей подводящую 8 и отводящую 9 магистрали, а также насос 10. Установка содержит первый дополнительный теплообменник 11, который размещен на патрубке 5 отвода отработанных газов. Установка также содержит аккумулятор холода, включающий емкость 12, в которой размещены: хладагент 13, второй дополнительный теплообменник 14 и третий дополнительный теплообменник 15, включенный в систему циркуляции воздуха в помещении.
Второй дополнительный теплообменник 14 соединен магистралями 16, 17 с первым дополнительным теплообменником 11. Третий дополнительный теплообменник 15 соединен с системой циркуляции воздуха в помещении (на чертеже не показана). Электрическая машина 2 выполнена обратимой. В качестве хладагента использована вода. Возможно использование и другого жидкого хладагента.
Теплоэнергетическая установка работает следующим образом.
При запуске двигатель 1 Стирлинга производит механическую энергию, которая с помощью обратимой электрической машины 2, работающей в режиме электрического генератора, преобразуется в электрическую энергию. Охлаждающая жидкость, нагретая при работе двигателя 1, охлаждается в теплообменнике 7, куда подается насосом 10. При этом в теплообменнике 7 постоянно циркулирует охлаждающая вода, которая поступает в него по подводящей магистрали 8 и отводится по отводящей магистрали 9. При работе обратимой электрической машины 2 в режиме двигателя от источника электроэнергии, например, аккумуляторной батареи, осуществляется так называемый обратный цикл Стирлинга, в результате чего в патрубке 5 возникает поток холодного воздуха, который охлаждает среду в первом дополнительном теплообменнике 11, поступающую по магистралям 16, 17 во второй дополнительный теплообменник 14. В результате в емкости 12 аккумулятора холода понижается температура, хладагент 13 охлаждается и при длительном охлаждении изменяет свое агрегатное состояние: вода превращается в лед; таким образом, в емкости 12 аккумулируется холод.
Хладагент 13 охлаждает третий дополнительный теплообменник 15, через который циркулирует охлаждаемый воздух, подаваемый в помещение.
После перехода электрической машины 2 в режим генератора, холод перестает вырабатываться, однако охлаждение воздуха в помещении продолжается за счет холода, аккумулированного в емкости 12 до перехода хладагента в жидкое агрегатное состояние и/или нагрева его до температуры, соответствующей предельно допустимому значению температуры воздуха в помещении. Для дальнейшего охлаждения воздуха в помещении обратимую электрическую машину 2 снова приводят в режим двигателя, подводя к нему электрическую энергию от внешнего источника в необходимом количестве.
Установка имеет значительно более простую в сравнении с прототипом конструкцию. Также существенно упрощается эксплуатация установки ввиду отсутствия необходимости постоянного контроля ее состояния. Значительно повышается эффективность выработки холода, который может быть произведен в количестве, соответствующем энергии, подведенной к электрической машине при работе ее в режиме двигателя.
Таким образом, производимый холод достаточен не только для собственных нужд установки, но и для охлаждения воздуха в помещениях, что особенно важно, если помещения не имеют связи с атмосферой.
1. Теплоэнергетическая установка, содержащая двигатель Стирлинга с электрической машиной на валу, включающий камеру сгорания с патрубком отвода отработанных газов, холодильник и контур охлаждения двигателя, который содержит теплообменник с проточной системой охлаждения, содержащей подводящую и отводящую магистрали, а также насос, отличающаяся тем, что содержит первый дополнительный теплообменник, который размещен на патрубке отвода отработанных газов, и аккумулятор холода, содержащий емкость, в которой размещены хладагент, второй, третий дополнительные теплообменники, при этом второй дополнительный теплообменник соединен магистралями с первым дополнительным теплообменником, третий дополнительный теплообменник соединен с системой охлаждения воздуха в помещении, при этом электрическая машина на валу двигателя выполнена обратимой.
2. Теплоэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве хладагента использована вода.
