энергохолодильная система на основе дизельной установки

Формула изобретения

Энергохолодильная система на основе дизельной установки, включающая в себя замкнутый контур дизельной установки, теплоиспользующую холодильную машину, через генератор которой проходит контур дизельной установки, линию водорода с реактором для генерации водорода, линию криогенного окислителя и линию технической воды, отличающаяся тем, что теплоиспользующая холодильная машина выполнена в виде абсорбционной холодильной машины, а система снабжена двумя дополнительными абсорбционными холодильными машинами, одна из которых связана контуром промежуточного теплоносителя с реактором генерации водорода, а другая связана контуром промежуточного теплоносителя с системой охлаждения дизеля, при этом в линии технической воды установлен парогенератор, через который проходит замкнутый контур дизельной установки, а каждая из дополнительных холодильных машин имеет свой контур промежуточного теплоносителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в качестве энергохолодильной системы для объектов, функционирующих без связи с атмосферой, например для специальных фортификационных сооружений.

Известен способ организации рабочего процесса дизеля на водородном топливе, для повышения КПД дизеля и уменьшения концентрации вредных компонентов выхлопа, при котором водород непосредственно впрыскивается в камеру сгорания в конце такта сжатия под давлением 8 МПа с помощью специальной форсунки. Для воспламенения смеси служит керамическая калильная свеча с встроенным вольфрамовым электронагревателем. Электронагреватель включается на режимах пуска и прогрева дизеля, на остальных режимах свеча обеспечивает температуру 1170-1270 К за счет выделяющегося при сгорании топлива тепла (Мищенко А.И. Перспективы применения водорода и метанола в качестве моторных топлив. // Автомобильная промышленность, 1986, N 11, с. 8-10).

Известен процесс беспламенного каталитического окисления продуктов неполного сгорания (СО, СН) и конструкция каталитических нейтрализаторов окисления на основе Pt, Pd, Сu, Сr и др. (Новиков Л.А., Юрченко Э.Н., Шляхтов В. А. Создание установок очистки газов стационарных дизелей и испытательных станций. // Двигателестроение, 1995, N182, с. 72-77).

Известна схема абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машины, включающей в себя генератор, абсорбер, конденсатор, испаритель, регенератор, питательный насос и дроссельный вентиль, при этом подвод высокотемпературной теплоты (нагрев) осуществляется в генераторе, а подвод низкотемпературной теплоты (охлаждение) в холодильнике (Холодильные машины. Справочник. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, с. 155-166). Однако, для работы абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машины необходимо подведение к ней теплоты.

Известна реакция поглощения диоксида углерода гидроксидом кальция: СО₂+Са(ОН)₂= СаСО₃+Н₂О (Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. 22-е изд. испр./Под ред. Рабиновича В.А. - Л.: Химия, 1982. -с. 616).

Известно взаимодействие гидридов щелочных и щелочноземельных металлов с водяным паром при повышенных температурах с выделением газообразного водорода, например: LiH+Н₂О=LiOH+Н₂, LiH+LiOH=Li₂O+Н₂; СаН₂+Н₂О=СаО+2Н₂ (Гидриды металлов. Под редакцией В. Мюллера, Д. Блэкледжа и Дж. Либовица. Перевод с английского. М.: Атомиздат, 1973, с. 18-24).

Известны автономные стационарные энергохолодильные системы для объектов, функционирующих без связи с атмосферой, представляющих собой структурно-функциональное объединение преобразователя прямого цикла (ППЦ) и преобразователя обратного цикла (ПОЦ), предназначенных для совместного производства электрической энергии и холода за счет энергии высокотемпературного источника теплоты. Энергохолодильные системы могут создаваться на основе различных типов преобразователей, причем ППЦ служит для получения электрической энергии, а ПОЦ для получения холода. Для нормального функционирования ППЦ и ПОЦ от них необходимо отводить тепло (1 и 2 законы термодинамики), и ввиду отсутствия связи с атмосферой, это низкопотенциальное тепло должно аккумулироваться и складироваться внутри объекта. Поэтому охлаждение преобразователей осуществляется за счет теплоаккумулирующего вещества (TAB), в качестве которого выступает вода, при температуре около +4^oС, что обуславливает необходимость создания хранилищ с большими объемами для хранения холодной воды и воды, аккумулировавшей тепло преобразователей. Недостатком является то, что хотя структурно-функциональное объединение ППЦ и ПОЦ позволяет сократить потребление TAB, за счет переключения схем подачи холодной воды в холодильники преобразователей, однако и в этом случае запасы TAB составляют значительный процент от объема объекта в целом, что приводит к большой стоимости строительства объектов данного типа (Гришутии М.М., Севастьянов А.П. Теория и методы расчетов автономных знергохолодильных установок. М.: Изд. МЭИ, 1992, -240 с.).

Известна принципиальная схема энергохолодильной системы, содержащая дизельную энергоустановку замкнутого цикла на синтез-газе, машину Вюлемье-Такониса, работа которой осуществляется за счет отработавших газов дизеля, разомкнутый контур с криогенным окислителем (патент РФ N2088864, бюл. N24 от 27.08.97 г. ). Однако работа дизеля на синтез-газе с внешним смесеобразованием приводит к снижению КПД.

Известна энергетическая установка для объектов, функционирующих без связи с атмосферой, включающая в себя замкнутый контур дизельной установки, теплоиспользующую холодильную машину, через генератор которой проходит контур дизельной установки, линию водорода с реактором для генерации водорода, линию криогенного окислителя с испарителем-подогревателем и линию технической воды (патент РФ N2176054, бюл. N 32 от 20.11.2001 г.). Однако в системе не используется высокотемпературная теплота продуктов реакции генерации водорода.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в сокращении объемов хранилищ TAB за счет получения дополнительного холода.

Для достижения данного технического результата энергохолодильная система на основе дизельной установки, включающая в себя замкнутый контур дизельной установки, теплоиспользующую холодильную машину, через генератор которой проходит контур дизельной установки, линию водорода с реактором для генерации водорода, линию криогенного окислителя и линию технической воды, снабжена теплоиспользующей холодильной машиной, выполненной в виде абсорбционной холодильной машины, а также двумя дополнительными абсорбционными холодильными машинами, одна из которых связана контуром промежуточного теплоносителя с реактором генерации водорода, а другая связана контуром промежуточного теплоносителя с системой охлаждения дизеля, при этом в линии технической воды установлен парогенератор, через который проходит замкнутый контур дизельной установки, а каждая из дополнительных холодильных машин имеет свой контур промежуточного теплоносителя.

Введение в состав энергохолодильной системы двух дополнительных теплоиспользующих холодильных машин, связанных контурами промежуточных теплоносителей с реактором генерации водорода и системой охлаждения дизеля, позволяет получить новое свойство, заключающееся в получении дополнительного холода за счет использования теплоты генерации водорода и охлаждения дизеля.

На чертеже изображена энергохолодильная система на основе дизельной установки.

Энергохолодильная система в своем составе имеет дизельную энергоустановку замкнутого цикла, состоящую из дизеля 1, каталитического нейтрализатора продуктов неполного сгорания 2, при этом замкнутый контур дизельной энергоустановки проходит через генератор абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машины 3, охладителя-конденсатора 4, адсорбера (реактора) для поглощения двуокиси углерода из состава отработавших газов 5, компрессора 6, смесителя 7, а также линию подачи криогенного окислителя, которая включает емкость для его хранения 8, запорно-регулирующий вентиль 9 и испаритель-подогреватель 10, линию подачи технической воды, включающую в себя емкость для хранения технической воды и сбора конденсата 11, насос подачи технической воды 12, запорно-регулирующий вентиль 13 и парогенератор 14, через который проходит замкнутый контур дизельной энергоустановки, линию подачи газообразного водорода, содержащую реактор генерации водорода 15, запорно-регулирующий вентиль 16, охладитель 17 с линией отвода конденсата 18, компрессор 19, абсорбционную бромисто-литиевую холодильную машину 20, соединенную контуром промежуточного теплоносителя 21 с реактором генерации водорода 15, абсорбционную бромисто-литиевую холодильную машину 22, соединенную контуром теплоносителя 23 с системой охлаждения дизеля 1.

Энергохолодильная система на основе дизельной установки работает следующим образом.

Предварительно, перед началом работы объекта в режиме без связи с атмосферой, в нем запасается необходимое (расчетное) количество криогенного окислителя - кислорода в емкости 8, а также технической воды в емкости 11 и гидрида металла (например, лития, LiH).

Перед переключением дизельной энергоустановки для работы без связи с атмосферой из емкости 11 насосом 12 через зопорно-регулирующий вентиль 13 в парогенератор 14 подается расчетное количество технической воды. Образовавшийся водяной пар поступает в реактор 15, куда одновременно подается гидрид металла, например лития, и в нем генерируется топливо - водород,

При переключении дизельной энергоустановки для работы без связи с атмосферой в конце такта сжатия в камеру сгорания двигателя подается газообразный водород из реактора 15 через запорно-регулирующий вентиль 16, охладитель 17 с линией отвода конденсата 18, компрессором 19 под давлением, превышающим максимальное давление цикла. Образующаяся горючая смесь воспламеняется от калильной свечи зажигания, расположенной в камере сгорания (на чертеже не показано) дизеля 1. Отработавшие газы дизеля 1, состоящие из азота и его окислов, не прореагировавшего кислорода, паров воды, двуокиси углерода, а также некоторого количества СО и СН, обусловленного выгоранием углеводородных смазок, попадающих в камеру сгорания, через каталитический нейтрализатор 2, в котором происходит доокисление продуктов неполного сгорания в СО₂ и Н₂О_(пар), парогенератор 14, генератор абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машины 3, в котором срабатывают свой термодинамический потенциал, далее через охладитель-конденсатор 4, в котором водяной пар охлаждается, конденсируется и выводится из цикла в емкость 11, и затем через реактор 5 с химическим поглотителем, в котором охлажденные отработавшие газы освобождаются от двуокиси углерода, компрессором 6 через смеситель 7, в котором газовая смесь обогащается кислородом до необходимой концентрации из емкости 8, через запорно-регулирующий вентиль 9 и испаритель-подогреватель 10, подаются на впуск дизеля 1, и дизель продолжает функционировать по замкнутому циклу на рабочей смеси азота, окиси азота и кислорода (N₂+NO+О₂). Выведенный из цикла в емкость 11 конденсат водяного пара насосом 12 через запорно-регулирующий вентиль 13 подается в парогенератор 14. Образующийся водяной пар поступает в реактор 15, в котором взаимодействует с гидридом металла (например, LiH) с образованием водородного топлива. Теплота реакции генерации водорода в реакторе 15 с помощью контура промежуточного теплоносителя 21 передается рабочему телу абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машины 20 и в ней генерируется холод. Теплота, отводимая от дизеля 1 с помощью контура промежуточного теплоносителя 23, передается рабочему телу абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машины 22 и в ней генерируется холод.

Источники информации

1. Мищенко А. И. Перспективы применения водорода и метанола в качестве моторных топлив. // Автомобильная промышленность, 1986, 11, с.8-10.

2. Новиков Л.А., Юрченко Э.Н., Шляхтов В.А. Создание установок очистки газов стационарных дизелей и испытательных станций. // Двигателестроение, 1995, 182, с.72-77.

3. Холодильные машины. Справочник. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, с.155-166.

4. Глинка Н.Л. Общая химия. Учебное пособие для вузов. - 22-е изд. испр. / Под ред. Рабиновича В.А. - Л.: Химия, 1982. - с.616.

5. Гидриды металлов. Под редакцией В. Мюллера, Д.Блэкледжа и Дж. Либовица. Перевод с английского. М.: Атомиздат, 1973. - с.18-24.

6. Гришутин М.М., Севастьянов А.П. Теория и методы расчетов автономных энергохолодильных установок. М.: Изд. МЭИ, 1992. -240 с.

7. Патент РФ 2088864, бюл. 24 от 27.08.97 г. - прототип.

8. Патент РФ 2176054, бюл. 32 от 20.11.2001 г. - прототип.