Многотопливный автономный источник тепловой и электрической энергии

 

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована для комбинированного тепло- и электроснабжения малых хозяйственных и социальных объектов с использованием местных возобновляемых топливных биоресурсов. Предложен многотопливный автономный источник тепловой и электрической энергии с двигателем Стирлинга на местном топливе, включающий в себя двигатель Стирлинга с электрогенератором, систему охлаждения двигателя Стирлинга, имеющую в своем составе насос и теплообменник-охладитель, через который проходит магистраль подачи воздуха, систему внешнего теплоснабжения с теплообменником-утилизатором теплоты отработанных газов, магистраль отработанных газов. При этом устройство снабжено газогенератором, обеспечивающим производство генераторного газа из различных видов местного топлива, магистралью генераторного газа, соединяющей газогенератор с камерой сгорания двигателя Стирлинга, насосом в системе внешнего теплоснабжения, обеспечивающим движение теплоносителя через теплообменник-утилизатор теплоты отработанных газов. Отличительной особенностью заявляемого устройства является то, что электрогенератор подключен к последовательной цепи, состоящей из выпрямительно-зарядного устройства, аккумуляторной батареи и инвертора. Технический результат заключается в снижении мощности первичного источника электроэнергии и расхода топлива, а также в повышении КПД установки. 1 з.п. ф-лы, 1 илл.

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована для комбинированного тепло- и электроснабжения малых хозяйственных (в том числе удаленных) и социальных объектов (малых поселков, деревень, малых предприятий с ограниченным потреблением энергии и т.п.) с использованием местных возобновляемых топливных биоресурсов. В последние годы проблема развития малой энергетики становится все более актуальной, в том числе, в связи с истощением традиционных углеводородных источников энергии.

Известно устройство комбинированной стирлинг-установки для одновременного производства электроэнергии и тепла, включающей в себя двигатель Стирлинга с генератором на одном валу, систему охлаждения двигателя Стирлинга, имеющую в своем составе насос и теплообменник-охладитель, через который проходит магистраль подачи воздуха, систему внешнего теплоснабжения с теплообменником-утилизатором теплоты отработанных газов и теплообменником предварительного подогрева, через который система внешнего теплоснабжения связана с системой охлаждения двигателя Стирлинга, и магистраль отработанных газов /RU 2196243, F02G 5/02, 2003/. Однако устройство данной когенерационной установки не приспособлено к работе на местном топливе, имеет сложное конструктивное исполнение, связанное с использованием пара.

Известна когенерационная установка с двигателем Стирлинга на местном топливе, включающая в себя двигатель Стирлинга с электрогенератором на одном валу, систему охлаждения двигателя Стирлинга. Имеющую также в своем составе насос и теплообменник-охладитель, через который проходит магистраль подачи воздуха, систему внешнего теплоснабжения с теплообменником-утилизатором теплоты отработанных газов и теплообменником предварительного подогрева, через который система внешнего теплоснабжения связана с системой охлаждения двигателя Стирлинга, и магистраль отработанных газов. Отличительной особенностью известной установки является то, что она снабжена газогенератором, обеспечивающим производство генераторного газа из различных видов местного топлива, магистралью генераторного газа, соединяющей газогенератор с камерой сгорания двигателя Стирлинга, магистралью частичного возврата отработанных газов в камеру сгорания двигателя Стирлинга, насосом в системе внешнего теплоснабжения, обеспечивающим движение теплоносителя последовательно через теплообменник предварительного подогрева и теплообменник-утилизатор теплоты отработанных газов. При этом в качестве местного топлива может применяться древесина, торф и горючие сланцы /RU 53380, F02G 5/02, 2006/. Данная установка принята за прототип.

Прототип характеризуется низким КПД. Данный недостаток обусловлен тем, что мощность электрогенератора должна быть не менее максимальной установленной мощности потребителя. В тоже время, временной интервал максимального потребления обычно весьма узок, поэтому основное время электрогенератор работает на частичных нагрузках со значительным снижением К.П.Д. кроме того необходимость обеспечения пиковых нагрузок приводит к реальному переизбытку установленной мощности автономного источника и нецелесообразного увеличения его массогабаритных и стоимостных показателей.

Задачей полезной модели является создание многотопливного автономного источника тепловой и электрической энергии с двигателем Стирлинга на местном топливе лишенного указанного недостатка. Технический результат заключается в повышении КПД источника энергии, а также в снижении необходимой мощности электрогенератора.

Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается многотопливный автономный источник тепловой и электрической энергии с двигателем Стирлинга на местном топливе, включающий в себя двигатель Стирлинга с электрогенератором, систему охлаждения двигателя Стирлинга, имеющую в своем составе насос и теплообменник-охладитель, через который проходит магистраль подачи воздуха, систему внешнего теплоснабжения с теплообменником-утилизатором теплоты отработанных газов, магистраль отработанных газов. При этом устройство снабжено газогенератором, обеспечивающим производство генераторного газа из различных видов местного топлива, магистралью генераторного газа, соединяющей газогенератор с камерой сгорания двигателя Стирлинга, насосом в системе внешнего теплоснабжения, обеспечивающим движение теплоносителя через теплообменник-утилизатор теплоты отработанных газов. Отличительной особенностью заявляемого устройства является то, что электрогенератор подключен к последовательной цепи, состоящей из выпрямительно-зарядного устройства, аккумуляторной батареи и инвертора.

Дополнительно предлагается источник энергии оснастить теплообменником предварительного подогрева воздуха, установленным на магистрали отработанных газов.

Использование в автономном источнике последовательной цепи, состоящей из выпрямительно-зарядного устройства, аккумуляторной батареи и инвертора позволяет в несколько раз снизить мощность первичного источника электроэнергии и расход топлива (энергоносителя) и тем самым повысить КПД установки.

На прилагаемой иллюстрации представлена схема заявляемого устройства, где 1 - двигатель Стирлинга, 2 - электрогенератор, 3 - насос, 4 - теплообменник-охладитель, 5 - магистраль подачи воздуха, 6 - теплообменник-утилизатор теплоты отработанных газов, 7 - магистраль отработанных газов, 8 - газогенератор, 9 - магистраль генераторного газа, 10 - насос внешнего теплоснабжения, 11 - выпрямительно-зарядное устройство, 12 - аккумуляторная батарея, 13 - инвертор, 14 - теплообменник предварительного подогрева воздуха, 15 регулирующая арматура.

Устройство работает следующим образом. Твердое топливо (древесная щепа, опилки, пеллеты из биомассы любого происхождения, угольная или сланцевая крошка) из расходного бункера через узел дозированной подачи топлива (на схеме не показаны) поступает в высокотемпературный газогенератор 8. Процесс газогенерации происходит в керамической камере газогенератора 8 Получаемый газ подается в высокотемпературную камеру сгорания двигателя Стирлинга 8. Тепло получаемое от сгорания газа приводит в действие двигатель Стирлинга 8; получаемая на двигателе Стирлинга механическая энергия передается на электрогенератор 2. Электроэнергия через выпрямительно-зарядное устройство 11 аккумулируется в аккумуляторной батарее 12 и через инвертор 13 подается потребителю.

1. Многотопливный автономный источник тепловой и электрической энергии с двигателем Стирлинга на местном топливе, включающий в себя двигатель Стирлинга с электрогенератором, систему охлаждения двигателя Стирлинга, имеющую в своем составе насос и теплообменник-охладитель, через который проходит магистраль подачи воздуха, систему внешнего теплоснабжения с теплообменником-утилизатором теплоты отработанных газов, магистраль отработанных газов, при этом устройство снабжено газогенератором, обеспечивающим производство генераторного газа из различных видов местного топлива, магистралью генераторного газа, соединяющей газогенератор с камерой сгорания двигателя Стирлинга, насосом в системе внешнего теплоснабжения, обеспечивающим движение теплоносителя через теплообменник-утилизатор теплоты отработанных газов, отличающийся тем, что электрогенератор подключен к последовательной цепи, состоящей из выпрямительно-зарядного устройства, аккумуляторной батареи и инвертора.

2. Источник энергии по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно оснащен теплообменником предварительного подогрева воздуха, установленным на магистрали отработанных газов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано для производства электроэнергии и тепла
Наверх