установка автономного теплоэлектроснабжения

Формула изобретения

Установка для автономного теплоэлектроснабжения, содержащая двигатель внутреннего сгорания, утилизатор теплоты масла смазки, подсоединенный к контуру масла смазки двигателя, утилизатор теплоты охлаждающей жидкости, подсоединенный к контуру охлаждающей жидкости двигателя, первый газожидкостный теплообменник, вода которого подогрета теплом отработавших газов двигателя, водяным контуром соединенный с трубопроводом тепловой сети потребителя, второй газожидкостный теплообменник, вода которого подогрета теплом отработавших газов двигателя, водяным контуром соединенный с обратным трубопроводом тепловой сети потребителя, отличающийся тем, что содержит электрический генератор, первый и второй теплообменники объединены в единый утилизатор теплоты отработавших газов, присоединенный к трубопроводу отработавших газов, внутри верхней части корпуса каждого утилизатора теплоты установлен разбрызгиватель, соединенный через трубопровод и насос с нижней частью корпуса каждого утилизатора, являющейся резервуаром для промежуточного теплоносителя, во внутреннее пространство утилизаторов теплоты масла смазки и охлаждающей жидкости, соединенное с атмосферой, установлены два разнесенных по высоте, независимых теплообменника, причем вверху установлены соответственно теплообменники масла смазки и охлаждающей жидкости, а внизу - сетевой воды, в рассечку трубопровода отбора отработавших газов установлен регулятор расхода отработавших газов, внутреннее пространство корпуса утилизатора теплоты отработавших газов, с установленным в нем, разнесенными по высоте - первый над вторым, теплообменниками сетевой воды, соединено с атмосферой через вытяжной вентилятор и трубопровод, в рассечку которого установлен регулятор расхода атмосферного воздуха, причем обратный трубопровод тепловой сети, в рассечку которого включен насос сетевой воды, соединен со входом второго теплообменника сетевой воды утилизатора теплоты отработавших газов, выход которого соединен со входом теплообменника сетевой воды утилизатора теплоты масла смазки, выход которого соединен со входом теплообменника сетевой воды утилизатора теплоты охлаждающей жидкости, вход которого соединен со входом первого теплообменника сетевой воды утилизатора отработавших газов, выход которого соединен с трубопроводом тепловой сети потребителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно к оборудованию, предназначенному для выработки и отпуска потребителям одновременно двух видов энергии (электрической и тепловой).

Известно авторское свидетельство СССР №1495483, P02G 5/00, опубл. 23.07.89 г. "Система автономного теплоэлектроснабжения". Система содержит дизель, электрогенератор, теплообменные аппараты, котел-утилизатор тепла отработавших газов дизеля, компрессионный тепловой насос и бак-аккумулятор. Для использования во внешней тепловой сети низкопотенциального тепла дизеля и снижения расхода топлива в котле-утилизаторе бак-аккумулятор выполнен с газовой рубашкой и внутренней водяной полостью, включенной в обратный трубопровод внешней тепловой сети между конденсатором теплового насоса и водяным контуром котла-утилизатора и выполненной с обводным трубопроводом. Газовая полость бака-аккумулятора подсоединена к выхлопному трубопроводу. Котел-утилизатор выполнен с топочной камерой и с перепускным газовым каналом.

Недостатком данной системы является ее сложность и как следствие высокая стоимость.

Известно авторское свидетельство СССР №1779757, F01P 3/20, опубл. 07.12.92 г. "Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания". Система содержит горячий и холодный контуры циркуляции охлаждающей жидкости, магистраль межконтурного перепуска, емкость с паровоздушным клапаном, два вентилятора, регулятор температуры масла в системе смазки. Горячий контур включает в себя последовательно соединенные жидкостный насос; полости охлаждения двигателя, терморегулятор в виде трехходового клапана, первый радиатор и обводную магистраль. Холодный контур включает в себя последовательно соединенные трубопроводом циркуляционный насос, охладители масла и наддувочного воздуха, второй радиатор. Выход терморегулятора и установленного на выходе жидкости из полостей охлаждения двигателя посредством обводной магистрали сообщен со сливной емкостью и радиаторами, приводы вентиляторов и радиаторов соединены с датчиками температуры, установленными соответственно на выходах жидкости из двигателя и из охладителя наддувочного воздуха. На входе масла в охладитель установлен терморегулятор, вход которого сообщен с системой смазки двигателя, а выходы - с входом охладителя 15 и перепускным патрубком масла, соединенным с возвратной магистралью масла из охладителя в двигатель.

Представленное техническое решение направлено на обеспечение оптимальной температуры наддувочного воздуха, охлаждаемого той же жидкостью, которая охлаждает охлаждающую жидкость и масло смазки двигателя. При этом удается оптимизировать температуры всех теплоносителей в системе охлаждения. Однако следует заметить, что недостатком данной системы является ее сложность и как следствие высокая стоимость и недостаточная эффективность, так как не решается комплексно вопрос полезной утилизации теплоты, отводимой от нагретых деталей двигателя внутреннего сгорания (ДВС) системами смазки и охлаждения ДВС и теплоты, уносимой с отработавшими газами ДВС.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения, выбранным в качестве прототипа, является техническое решение по патенту на изобретение РФ №2007606, F02G 5/04, опубл. 15.02.94 г. "Установка для автономного теплоснабжения". В данном изобретении решается задача по повышению экономичности установки путем более полного использования теплоты отработавших газов. Установка для автономного теплоснабжения содержит дизель (двигатель внутреннего сгорания), теплообменный аппарат (утилизатор теплоты масла смазки), подсоединенный к контуру масла смазки, теплообменный аппарат (утилизатор теплоты охлаждающей жидкости), подсоединенный к контуру охлаждающей жидкости, газожидкостный теплообменник, вода которого подогрета теплом отработавших газов двигателя, водяным контуром соединенный с обратным трубопроводом тепловой сети потребителя, дополнительный газожидкостный теплообменник, вода которого подогрета теплом отработавших газов двигателя, водяным контуром соединенный с трубопроводом тепловой сети потребителя. В водяных контурах всех утилизаторов (теплообменников) используется вода, подводимая из внешней тепловой сети, которая проходит последовательно через все теплообменные аппараты, причем сначала через дополнительный газожидкостный теплообменник (первый), затем через водомасляный теплообменник, через водоводяной теплообменник и через газожидкостный теплообменник (второй).

Недостатком ближайшего аналога является низкая надежность и эффективность работы устройства, например, из-за возможности попадания сетевой воды в системы смазки и охлаждающей жидкости ДВС. Другим недостатком является то, что отсутствует возможность регулирования подачи тепловой энергии потребителям при сезонных и суточных изменениях температуры окружающего воздуха

Задачей, решаемой изобретением, является повышение надежности и эффективности работы установки с более высоким коэффициентом использования теплоты сгорания топлива, с возможностью регулирования подачи тепловой энергии в зависимости от потребности потребителей.

Поставленная задача достигается тем, что установка для автономного теплоэлектроснабжения, содержащая двигатель внутреннего сгорания, утилизатор теплоты масла смазки, подсоединенный к контуру масла смазки двигателя, утилизатор теплоты охлаждающей жидкости, подсоединенный к контуру охлаждающей жидкости двигателя, первый газожидкостный теплообменник, вода которого подогрета теплом отработавших газов двигателя, водяным контуром соединенный с трубопроводом тепловой сети потребителя, второй газожидкостный теплообменник, вода которого подогрета теплом отработавших газов двигателя, водяным контуром соединенный с обратным трубопроводом тепловой сети потребителя, согласно изобретению содержит электрический генератор, первый и второй теплообменники объединены в единый утилизатор теплоты отработавших газов, присоединенный к трубопроводу отработавших газов, внутри верхней части корпуса каждого утилизатора теплоты установлен разбрызгиватель, соединенный через трубопровод и насос с нижней частью корпуса каждого утилизатора, являющейся резервуаром для промежуточного теплоносителя, во внутреннее пространство утилизаторов теплоты масла смазки и охлаждающей жидкости, соединенное с атмосферой, установлены два разнесенных по высоте независимых теплообменника, причем вверху установлены соответственно теплообменники масла смазки и охлаждающей жидкости, а внизу - сетевой воды, в рассечку трубопровода отбора отработавших газов установлен регулятор расхода отработавших газов, внутреннее пространство корпуса утилизатора теплоты отработавших газов, с установленными в нем, разнесенными по высоте - первый над вторым, теплообменниками сетевой воды, соединено с атмосферой через вытяжной вентилятор и трубопровод, в рассечку которого установлен регулятор расхода атмосферного воздуха, причем обратный трубопровод тепловой сети, в рассечку которого включен насос сетевой воды, соединен со входом второго теплообменника сетевой воды утилизатора теплоты отработавших газов, выход которого соединен со входом теплообменника сетевой воды утилизатора теплоты масла смазки, выход которого соединен со входом теплообменника сетевой воды утилизатора теплоты охлаждающей жидкости, выход которого соединен со входом первого теплообменника сетевой воды утилизатора теплоты отработавших газов, выход которого соединен с трубопроводом тепловой сети потребителя.

За счет того, что установка для автономного теплоэлектроснабжения содержит электрический генератор, первый и второй теплообменники объединены в единый утилизатор теплоты отработавших газов, присоединенный к трубопроводу отработавших газов, внутри верхней части корпуса каждого утилизатора теплоты установлен разбрызгиватель, соединенный через трубопровод и насос с нижней частью корпуса каждого утилизатора, являющейся резервуаром для промежуточного теплоносителя, во внутреннее пространство утилизаторов теплоты масла смазки и охлаждающей жидкости, соединенное с атмосферой, установлены два разнесенных по высоте независимых теплообменника, причем вверху установлены соответственно теплообменники масла смазки и охлаждающей жидкости, а внизу - сетевой воды, в рассечку трубопровода отбора отработавших газов установлен регулятор расхода отработавших газов, внутреннее пространство корпуса утилизатора теплоты отработавших газов, с установленными в нем, разнесенными по высоте - первый над вторым, теплообменниками сетевой воды, соединено с атмосферой через вытяжной вентилятор и трубопровод, в рассечку которого установлен регулятор расхода атмосферного воздуха, причем обратный трубопровод тепловой сети, в рассечку которого включен насос сетевой воды, соединен со входом второго теплообменника сетевой воды утилизатора теплоты отработавших газов, выход которого соединен со входом теплообменника сетевой воды утилизатора теплоты масла смазки, выход которого соединен со входом теплообменника сетевой воды утилизатора теплоты охлаждающей жидкости, выход которого соединен со входом первого теплообменника сетевой воды утилизатора теплоты отработавших газов, выход которого соединен с трубопроводом тепловой сети потребителя.

Таким образом, совокупность заявляемых признаков позволяет повысить надежность и эффективность работы установки с более высоким коэффициентом использования теплоты сгорания топлива, с возможностью регулирования подачи тепловой энергии в зависимости от потребности потребителей.

Заявляемая «Установка для автономного теплоэлектроснабжения» обладает новизной и изобретательским уровнем, отличаясь от прототипа перечисленными выше признаками, и обеспечивает достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Заявляемая «Установка для автономного теплоэлектроснабжения» может найти широкое применение в качестве оборудования, предназначенного для выработки и отпуска потребителям тепловой энергии (горячая вода, пар), поэтому соответствует критерию «промышленная применимость».

Сущность предлагаемой «Установки для автономного теплоэлектроснабжения» поясняется чертежом, где представлен общий вид «Установки для автономного теплоэлектроснабжения».

Установка для автономного теплоэлектроснабжения содержит двигатель 1 внутреннего сгорания в примере исполнения (ДВС) с электрическим генератором 2 и насос 3 сетевой воды, установленный в рассечку трубопровода 4 сетевой воды. ДВС 1 оснащен контуром 5 масла смазки с присоединенным к нему утилизатором 6 теплоты масла смазки (УТМС), контуром 7 охлаждающей жидкости с присоединенным к нему утилизатором 8 теплоты охлаждающей жидкости (УТОЖ), системой 9 охлаждения двух радиаторов 10, 11 масла смазки и охлаждающей жидкости и трубопроводом 12 отработавших газов с присоединенным к нему утилизатором 13 теплоты отработавших газов (УТОГ). Контур 5 масла смазки включает в себя последовательно соединенные трубопроводом 14 ДВС 1, терморегулятор 15 масла смазки и радиатор 10 масла смазки. УТМС 6, присоединенный трубопроводами 16, 17 к контуру 5 масла смазки, конструктивно включает в себя корпус 18, насос 19 промежуточного теплоносителя с напорным трубопроводом 20 и разбрызгивателем 21, теплообменники 22, 23 соответственно охлаждающего масла смазки и сетевой воды, размещенные внутри корпуса 18, причем вход теплообменника 22 соединен трубопроводом 16 со входом терморегулятора 15, а выход теплообменника 22 соединен трубопроводом 17 с выходом терморегулятора 15. Корпус 18 выполнен в виде вертикально установленной пустотелой колонны с днищем и крышкой (на схеме не обозначены). В верхней части корпуса 18 установлен дыхательный клапан 24, а в нижней установлен указатель 25 уровня промежуточного теплоносителя. Контур 7 охлаждающей жидкости включает в себя последовательно соединенные трубопроводом 26 ДВС 1, терморегулятор 27 охлаждающей жидкости и радиатор 11 охлаждающей жидкости. УТОЖ 8, присоединенный трубопроводами 28, 29 к контуру 7 охлаждающей жидкости, конструктивно включает в себя корпус 30, насос 31 промежуточного теплоносителя с напорным трубопроводом 32 и разбрызгивателем 33, теплообменники 34, 35 соответственно охлаждающей жидкости и сетевой воды, размещенные внутри корпуса 30, причем вход теплообменника 34 соединен трубопроводом 28 со входом терморегулятора 27, а выход теплообменника 34 соединен трубопроводом 29 с выходом терморегулятора 27. Корпус 30 выполнен в виде вертикально установленной пустотелой колонны с днищем и крышкой (на схеме не обозначены). В верхней части корпуса 30 установлен дыхательный клапан 36, а в нижней части установлен указатель 37 уровня промежуточного теплоносителя. Система 9 охлаждения радиаторов 10, 11 включает в себя вентилятор 38 и жалюзи 39. Трубопровод 12 отработавших газов оборудован шарнирно закрепленной заслонкой 40, закрывающей выходное отверстие. УТОГ 13, присоединенный трубопроводом 41 к трубопроводу 12 отработавших газов, включает в себя корпус 42, насос 43 промежуточного теплоносителя с напорным трубопроводом 44 и разбрызгивателем 45, теплообменники 46, 47 сетевой воды. Корпус 42 выполнен в виде вертикально установленной пустотелой колонны с днищем и крышкой (на схеме не обозначены). В рассечку трубопровода 41, соединяющего внутреннее пространство верхней части корпуса 42 с трубопроводом 12 отработавших газов, установлен регулятор 48 расхода отработавших газов. В нижней части корпуса 42 установлен указатель 49 уровня промежуточного теплоносителя и оформлен слив 50 излишков конденсата паров воды в канализацию. Полость 51, расположенная между теплообменником 47 и поверхностью 52 промежуточного теплоносителя, при помощи трубопровода 53 соединена с вытяжным вентилятором (дымососом) 54. Трубопровод 53 дополнительно соединен с атмосферой при помощи трубопровода 55, в рассечку которого установлен регулятор 56 расхода атмосферного воздуха. В рассечки обратного трубопровода 4 сетевой воды после насоса 3 сетевой воды последовательно подсоединены теплообменники 47, 23, 35, 46 сетевой воды. Выход теплообменника 46 соединен с трубопроводом 57 тепловой сети потребителя (см. чертеж).

Установка для автономного теплоэлектроснабжения работает следующим образом. При работе ДВС 1, связанный с ним электрический генератор 2 обеспечивает потребителей электрической энергией. Одновременно с электрической энергией потребителям подается и тепловая энергия от нагретого масла смазки из контура 5 масла смазки через присоединенный к контуру 5 УТМС 6, от нагретой охлаждающей жидкости из контура 7 охлаждающей жидкости через присоединенный к контуру 7 УТОЖ 8, от нагретых отработавших газов через присоединенный к трубопроводу 12 УТОГ 13. Из ДВС 1 нагретое масло смазки направляется в радиатор 10 масла смазки частично по контуру 5 масла смазки через терморегулятор 15, а частично через теплообменник 22 УТМС 6 по присоединительным трубопроводам 16, 17. В УТМС 6 промежуточный теплоноситель, подаваемый насосом 19 промежуточного теплоносителя в разбрызгиватель 21 по напорному трубопроводу 20, омывает сначала теплообменник 22 масла смазки, а затем теплообменник 23 сетевой воды. Таким образом осуществляется перенос теплоты от более нагретого масла смазки к менее нагретой сетевой воде. Количество промежуточного теплоносителя в УТМС 6 контролируется при помощи указателя 25 уровня промежуточного теплоносителя, а давление внутри корпуса 18 УТМС 6 поддерживается примерно равным атмосферному при помощи дыхательного клапана 24. Из ДВС 1 нагретая охлаждающая жидкость направляется в радиатор 11 охлаждающей жидкости частично по контуру 7 охлаждающей жидкости через терморегулятор 27, а частично через теплообменник 34 УТОЖ 8 по присоединительным трубопроводам 28, 29. В УТОЖ 8 промежуточный теплоноситель, подаваемый насосом 31 промежуточного теплоносителя в разбрызгиватель 33 по напорному трубопроводу 32, сначала омывает теплообменник 34 охлаждающей жидкости, а затем омывает теплообменник 35 сетевой воды, осуществляя тем самым перенос теплоты от более нагретой охлаждающей жидкости к менее нагретой сетевой воде. Количество промежуточного теплоносителя в УТОЖ 8 контролируется при помощи указателя 37 уровня промежуточного теплоносителя, а давление внутри корпуса 30 УТОЖ 8 поддерживается примерно равным атмосферному при помощи дыхательного клапана 36. При необходимости масло смазки и охлаждающая жидкость дополнительно охлаждаются в радиаторах 10, 11, через которые проходит создаваемый вентилятором 38 и регулируемый жалюзи 39 поток атмосферного воздуха. Из ДВС 1 нагретые отработавшие газы по трубопроводу 12 отработавших газов направляются в атмосферу, частично через выходное отверстие, открывая при этом шарнирно закрепленную заслонку 40 напором отработавших газов, а частично через внутреннее пространство корпуса 42 УТОГ 13 по присоединительному трубопроводу 41, в рассечку которого установлен регулятор 48 расхода отработавших газов. В УТОГ 13 промежуточный теплоноситель, подаваемый насосом 43 промежуточного теплоносителя в разбрызгиватель 45 по напорному трубопроводу 44, сначала разбрызгивается в потоке отработавших газов, поступающих принудительно во внутреннее пространство верхней части корпуса 42 по присоединительному трубопроводу 41 из трубопровода 12 отработавших газов. Затем образовавшаяся газопарожидкостная смесь омывает теплообменники 46, 47 сетевой воды, осуществляя тем самым перенос теплоты от более нагретых отработавших газов к сетевой воде. Причем количество промежуточного теплоносителя, подаваемого через разбрызгиватель 45 в поток отработавших газов таково, что перед теплообменником 46 температура газопарожидкостной смеси примерно равна температуре конденсации паров воды, а перед теплообменником 47 температура газопарожидкостной смеси ниже температуры конденсации паров воды. Из пространства 51, расположенного между теплообменником 47 и поверхностью 52 промежуточного теплоносителя, отработавшие газы с примесью паров воды и конденсата паров воды в мелкодисперсном состоянии по трубопроводу 53 засасываются вытяжным вентилятором (дымососом) 54 и удаляется в атмосферу. Излишки конденсата паров воды в виде капель выпадают на поверхность 52 промежуточного теплоносителя и через слив 50 удаляются в канализацию. Количество промежуточного теплоносителя в УТОГ 13 контролируется при помощи указателя 49 уровня промежуточного теплоносителя. Регулирование количества отработавших газов, поступающих принудительно в УТОГ 13 и соответственно регулирование температуры сетевой воды осуществляется регулятором 48 расхода отработавших газов. Поддержание в расчетных параметрах объемного расхода газа через вытяжной вентилятор (дымосос) 54, при изменении тепловой нагрузки, осуществляется путем подсоса атмосферного воздуха, подаваемого в трубопровод 53 по трубопроводу 55, в рассечку которого установлен регулятор 56 расхода атмосферного воздуха Подача тепловой энергии потребителям осуществляется посредством сетевой воды, прокачиваемой сетевым насосом 3 по обратному трубопроводу 4 сетевой воды через теплообменники 47, 23, 35, 46 утилизаторов теплоты и далее в трубопровод 57 тепловой сети потребителей тепловой энергии. Из тепловой сети потребителей сетевая вода возвращается на всасывание насосом 3 сетевой воды.

Заявляемая «Установка для автономного теплоэлектроснабжения» с одной стороны исключает попадание сетевой воды в ДВС при нарушении герметичности теплообменников масла смазки и охлаждающей воды ДВС за счет того, что теплообменники разнесены по высоте и омываются разбрызгиваемым промежуточным теплоносителем при давлении, примерно равном атмосферному, тогда как давление внутри теплообменников выше атмосферного, а с другой стороны позволяет при суточном и сезонном изменении температуры атмосферного воздуха регулировать количество подаваемой потребителем тепловой энергии за счет того, что регулируется количество отработавших газов, подаваемых в утилизатор теплоты отработавших газов по трубопроводу, в рассечку которого установлен регулятор расхода отработавших газов, а поддержание в расчетных параметрах объемного расхода газов через вытяжной вентилятор (дымосос) осуществляется путем подачи во внутреннюю полость корпуса утилизатора отработавших газов атмосферного воздуха по трубопроводу, в рассечку которого установлен регулятор расхода атмосферного воздуха

Данная «Установка для автономного теплоэлектроснабжения» может быть использована в качестве мини-теплоэлектроцентрали с системой комплексного использования теплоты (мини -ТЭЦ СКИТ), но с более высоким коэффициентом использования теплоты сгорания топлива.

Заявляемая «Установка для автономного теплоэлектроснабжения» позволяет повысить надежность и эффективность работы установки с более высоким коэффициентом использования теплоты сгорания топлива, с возможностью регулирования подачи тепловой энергии в зависимости от потребности потребителей, за счет того что, установка для автономного теплоэлектроснабжения содержит электрический генератор, первый и второй теплообменники объединены в единый утилизатор теплоты отработавших газов, присоединенный к трубопроводу отработавших газов, внутри верхней части корпуса каждого утилизатора теплоты установлен разбрызгиватель, соединенный через трубопровод и насос с нижней частью корпуса каждого утилизатора, являющейся резервуаром для промежуточного теплоносителя, во внутреннее пространство утилизаторов теплоты масла смазки и охлаждающей жидкости, соединенное с атмосферой, установлены два разнесенных по высоте независимых теплообменника, причем вверху установлены соответственно теплообменники масла смазки и охлаждающей жидкости, а внизу - сетевой воды, в рассечку трубопровода отбора отработавших газов установлен регулятор расхода отработавших газов, внутреннее пространство корпуса утилизатора теплоты отработавших газов, с установленными в нем, разнесенными по высоте - первый над вторым теплообменниками сетевой воды, соединено с атмосферой через вытяжной вентилятор и трубопровод, в рассечку которого установлен регулятор расхода атмосферного воздуха, причем обратный трубопровод тепловой сети, в рассечку которого включен насос сетевой воды, соединен со входом второго теплообменника сетевой воды утилизатора теплоты отработавших газов, выход которого соединен со входом теплообменника сетевой воды утилизатора теплоты масла смазки, выход которого соединен со входом теплообменника сетевой воды утилизатора теплоты охлаждающей жидкости, выход которого соединен со входом первого теплообменника сетевой воды утилизатора теплоты отработавших газов, выход которого соединен с трубопроводом тепловой сети потребителя.