Установка для утилизации тепловой энергии
Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к устройствам для преобразования тепловой энергии в механическую или электрическую и может быть использована для утилизации тепла, отводимого от двигателей внутреннего сгорания. Установка для утилизации тепловой энергии, преимущественно, выделяемой двигателем внутреннего сгорания, включает контур циркуляции охлаждающей воды, содержащий рубашку охлаждения двигателя, циркуляционный насос, подключенный нагнетательным патрубком к ее входу, и пароотделитель, впуск которого соединен с выходом рубашки охлаждения двигателя через редукционный вентиль, а также включает пароперегреватель, установленный в магистрали выпуска отработавших газов двигателя, подключенный к пароотделителю через обратный клапан, и паровую турбину, впускной патрубок которой подключен к пароперегревателю, а выходной патрубок соединен со входом конденсатора. Установка снабжена двухфазным эжектором, имеющим вход по пару и вход по жидкости, и высоконапорным насосом, при этом выходной патрубок паровой турбины соединен со входом по пару двухфазного эжектора, выход конденсатора соединен со входом высоконапорного насоса, выход которого соединен со входом по жидкости двухфазного эжектора, выход которого соединен со входом циркуляционного насоса. В качестве
нагрузки к паровой турбине может быть подключен электрогенератор. Повышается КПД установки за счет удаления воздуха из конденсатора.
Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к устройствам для преобразования тепловой энергии в механическую или электрическую и может быть использована для утилизации тепла, отводимого от двигателей внутреннего сгорания.
Известно устройство для преобразования тепловой энергии в механическую, содержащее турбину и установленные в ее выхлопном тракте соединенные водяной магистралью последовательно поверхностный и контактный экономайзеры, первый из которых на выходе соединен с патрубком подвода пара в турбину, а второй - с охладителем; установка снабжена расширителем, включенным между поверхностным экономайзером и патрубком подвода пара в турбину и сообщенным на выходе с водяной магистралью между экономайзерами, SU 724786.
Выхлопные газы, поступающие из цилиндра низкого давления турбины, отдают тепло в поверхностном экономайзере воде, которая затем подается в расширитель, где за счет разницы давлений частично вскипает, образуя влажный насыщенный пар, который поступает в турбину. Вал турбины механически связан с нагрузочным устройством.
Данная установка имеет весьма сложную многокомпонентную конструкцию. Для выработки тепла необходимо наличие отдельной, специально для этого предназначенной камеры, где сжигается газообразное топливо, что не экономично.
Более экономичными являются устройства для преобразования тепловой энергии в другие виды энергии, в которых осуществляется утилизация тепла, получаемого как побочный продукт, например, тепла, выделяемого при работе двигателей внутреннего сгорания, см., например, SU 1186818 А. В этом случае не требуется дополнительного расхода топлива, как это имеет место в SU 724786.
Установка по SU 1186818 для преобразования тепловой энергии, выделяемой двигателем внутреннего сгорания, содержит контур циркуляции охлаждающей воды, который включает рубашку охлаждения двигателя, циркуляционный насос, подключенный нагнетательным патрубком к ее входу, и пароотделитель, впуск которого соединен с выходом рубашки охлаждения двигателя через редукционный вентиль. Водяная полость пароотделителя соединена трубопроводом со всасывающим патрубком циркуляционного насоса. Установка также включает пароперегреватель, который установлен в магистрали выпуска отработавших газов двигателя и подключен к пароотделителю через обратный клапан, а также паровую турбину, впускной патрубок которой подключен к пароперегревателю, а выходной патрубок соединен со входом конденсатора, выход которого соединен со всасывающим патрубком
циркуляционного насоса. Для воздушного охлаждения конденсатора имеется вентилятор. Вследствие конденсации пара в конденсаторе создается вакуум в выходном патрубке турбины.
Данное техническое решение принято за прототип настоящей полезной модели.
Его недостатком является то обстоятельство, что в процессе работы в конденсаторе скапливается воздух, что негативно сказывается на процессе теплообмена, поскольку воздух является термоизолятором. В результате снижается эффективность конденсации пара, и, соответственно, в недостаточной степени происходит образование вакуума в выходном патрубке турбины, что снижает коэффициент полезного действия (КПД) установки.
Задачей настоящей полезной модели является повышение КПД установки за счет удаления воздуха из конденсатора.
Согласно полезной модели установка для утилизации тепловой энергии, преимущественно, выделяемой двигателем внутреннего сгорания, включающая контур циркуляции охлаждающей воды, содержащий рубашку охлаждения двигателя, циркуляционный насос, подключенный нагнетательным патрубком к ее входу, и пароотделитель, впуск которого соединен с выходом рубашки охлаждения двигателя через редукционный вентиль, а также включающая пароперегреватель, установленный в магистрали выпуска отработавших газов двигателя, подключенный к пароотделителю через обратный клапан, и паровую турбину, впускной
патрубок которой подключен к пароперегревателю, а выходной патрубок соединен со входом конденсатора, снабжена двухфазным эжектором, имеющим вход по пару и вход по жидкости, и высоконапорным насосом, при этом выходной патрубок паровой турбины соединен со входом по пару двухфазного эжектора, выход конденсатора соединен со входом высоконапорного насоса, выход которого соединен со входом по жидкости двухфазного эжектора, выход которого соединен со входом циркуляционного насоса; в качестве нагрузки к паровой турбине может быть подключен электрогенератор.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором приведена схема установки.
Двигатель 1 внутреннего сгорания снабжен рубашкой 2 его охлаждения, включенной в контур циркуляции охлаждающей воды. Контур также содержит циркуляционный насос 3 и пароотделитель 4, впуск которого соединен с выходом рубашки 2 охлаждения двигателя через редукционный вентиль 5. Пароперегреватель 6 установлен в магистрали 7 выпуска отработавших газов двигателя и подключен к пароотделителю 4 через обратный клапан 8. Пароперегреватель 6 соединен со впускным патрубком паровой турбины 9. В конкретном примере использована радиальная однопоточная паровая турбина с отбором пара на
регенерацию и с периферийным подводом пара. Выходной патрубок турбины 9 соединен со входом конденсатора 10. Двухфазный (струйный) эжектор 11 имеет первый вход по пару и второй вход по жидкости. Выходной патрубок турбины 9 соединен также с первым входом эжектора 11. Выход конденсатора 10 соединен со входом высоконапорного насоса 12, выход которого соединен со вторым входом эжектора 11. Выход эжектора 11 соединен со входом циркуляционного насоса 3, который также соединен с водяной полостью 13 пароотделителя 4 с помощью трубопровода 14. В конкретном примере предусмотрено воздушное охлаждение конденсатора 10 с помощью вентилятора 15. В качестве нагрузки к турбине 9 может быть подключен электрогенератор 16.
Устройство работает следующим образом.
В процессе работы двигатель нагревается, и, соответственно, повышается температура воды в охлаждающей рубашке 2, окружающей двигатель. При этом вентилятор 15 выключен. После того, как температура воды в охлаждающей рубашке 2 достигнет заданного значения, и образуется пар, включается вентилятор 15. Включение вентилятора 15 происходит автоматически с помощью датчиков температуры охлаждающей воды (на чертеже не показаны).
Охлаждающая вода с помощью низконапорного циркуляционного центробежного насоса 3 движется в рубашке 2 охлаждения и проходит через редукционный вентиль 5 в пароотделитель 4.
Благодаря редукционному вентилю 5 давление воды снижается, и в пароотделителе 4 происходит отделение от нее пара и отбор тепла на парообразование. Температура воды на выходе из пароотделителя 4 поддерживается с помощью включения-выключения вентилятора 15. В результате конденсации пара в конденсаторе 10 образуется вакуум в выходном патрубке паровой турбины 9. Из пароотделителя пар поступает через обратный клапан 8 в пароперегреватель 6, где происходит дополнительный нагрев пара до температуры перегрева за счет использования тепловой энергии отработавших газов двигателя. Из пароперегревателя 6 перегретый пар поступает на вход паровой турбины 9. Обратный клапан 8 обеспечивает повышение давления пара в процессе его перегрева в пароперегревателе 6 и, соответственно, получение дополнительной работы расширения в турбине 9. При повышении давления в пароперегревателе 6 клапан 8 закрывается, а после истечения пара из пароперегревателя 6 через турбину 9 и накопления его в пароотделителе 4 клапан 8 открывается, и цикл повторяется. В процессе работы установки высоконапорный насос 12 откачивает конденсат из конденсатора 10 и подает его на второй вход двухфазного эжектора 11, в котором создается вакуум, вследствие чего из конденсатора 10 отсасывается воздух, который поступает на первый вход эжектора 11 и выходит в атмосферу. Конденсат, пройдя через эжектор 11, поступает на вход циркуляционного насоса и возвращается в контур циркуляции охлаждающей воды.
Таким образом, заявленное техническое решение обеспечивает удаление воздуха из конденсатора 10, что повышает эффективность процесса конденсации пара и, соответственно, создания вакуума на выходе из паровой турбины, что повышает ее КПД. Утилизируемая тепловая энергия может быть преобразована в механическую или, в случае подключения к турбине электрогенератора, в электрическую.
Для реализации полезной модели необходимо известное оборудование и конструкционные материалы, что позволяет, по мнению заявителя, сделать вывод о ее соответствии критерию «промышленная применимость».
1. Установка для утилизации тепловой энергии, преимущественно, выделяемой двигателем внутреннего сгорания, включающая контур циркуляции охлаждающей воды, содержащий рубашку охлаждения двигателя, циркуляционный насос, подключенный нагнетательным патрубком к ее входу, и пароотделитель, впуск которого соединен с выходом рубашки охлаждения двигателя через редукционный вентиль, а также включающая пароперегреватель, установленный в магистрали выпуска отработавших газов двигателя, подключенный к пароотделителю через обратный клапан, и паровую турбину, впускной патрубок которой подключен к пароперегревателю, а выходной патрубок соединен со входом конденсатора, отличающаяся тем, что снабжена двухфазным эжектором, имеющим вход по пару и вход по жидкости, и высоконапорным насосом, при этом выходной патрубок паровой турбины соединен со входом по пару двухфазного эжектора, выход конденсатора соединен со входом высоконапорного насоса, выход которого соединен со входом по жидкости двухфазного эжектора, выход которого соединен со входом циркуляционного насоса.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве нагрузки к паровой турбине подключен электрогенератор.
