Спосіб одержання холоду, гарячої води та електричної енергії

Реферат: Винахід належить до галузі геліотехніки і може бути застосований в системах для одночасного одержання холоду, гарячої води та електричної енергії. Спосіб одержання холоду, гарячої води та електричної енергії в геліоустановці, яка містить ежекторну холодильну машину, що передбачає підігрів холодильного агента в генераторі пари з одержанням робочої пари високого тиску, розширення її в соплі ежектора, ежектування холодної пари низького тиску з випарника, змішування робочої та холодної пари в камері змішування ежектора, стискання одержаної парової суміші в дифузорі ежектора та охолодження її при проміжному тиску в конденсаторі з одержанням рідкого холодильного агенту, дроселювання частини одержаної рідини в дросельному вентилі та підігрів її з одержанням пари низького тиску у випарнику, подачу другої частини рідини в генератор пари за допомогою живильного насосу, підігрів води теплотою, що відводиться в процесі конденсації парової суміші в конденсаторі, догрівання її сонячною енергією в сонячному колекторі та часткове охолодження її при одержанні робочої пари холодильного агента високого тиску в генераторі пари з подальшою подачею до споживача, в якому додатково здійснюють розширення частини робочої пари високого тиску в установленій паралельно ежектору паровій турбіні з одержанням механічної роботи, яка використовується для одержання електричної енергії в електрогенераторі. Винахід дозволяє підвищити ефективність використання енергії сонця та розширює технологічні можливості геліоустановки. UA 107744 C2 (12) UA 107744 C2 UA 107744 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі геліотехніки і може бути застосований в системах для одночасного одержання холоду, гарячої води та електричної енергії. Відомий спосіб одержання холоду та гарячої води, який реалізований в геліоустановці [див. Авторське свідоцтво SU № 800528 МПК F25B 27/00, 29/00, 1/06, 30.01.1981, Бюл. № 4, 1981] і включає одержання робочої пари високого тиску в генераторі пари, розширення її у соплі ежектора та ежектування холодної пари низького тиску з випарника, змішування робочої та холодної пари у камері змішування ежектора та стискання одержаної суміші у дифузорі ежектора до стану перегрівання при високій температурі, її подальшого охолодження і конденсацію при проміжному тиску у конденсаторі, після чого одна частина рідкого холодильного агенту дроселюється до низького тиску і подається у випарник для одержання холодильного ефекту, а друга частина живильним насосом повертається в генератор пари. Охолоджуюча вода підігрівається в конденсаторі за рахунок відбору теплоти від пари холодильного агенту, що конденсується, потім підігрівається в сонячному нагрівачі, подається в генератор пари, де віддає частину теплоти киплячому холодильному агенту, та в гарячому стані подається до споживача. Недоліком вказаного способу є те, що в ньому не передбачено можливість одержання електричної енергії, що не дозволяє ефективно використовувати енергію сонця та знижує технологічні можливості геліоустановки. Відомий спосіб одержання холоду та гарячої води, який реалізований в геліоустановці [див. Авторське свідоцтво SU № 1177616 МПК F25B 29/00, 27/00, 1/06, 07.09.1985, Бюл. № 33, 1985] і включає одержання робочої пари високого тиску в генераторі пари, розширення її у соплі ежектора та ежектування холодної пари низького тиску з випарника, змішування робочої та холодної пари у камері змішування ежектора та стискання суміші у дифузорі ежектора до стану перегрівання при високій температурі, її подальшого охолодження і конденсацію при проміжному тиску у конденсаторі, після чого одна частина рідкого холодильного агенту дроселюється до низького тиску і подається у випарник для одержання холодильного ефекту, а друга частина живильним насосом повертається в генератор пари. Охолоджуюча вода підігрівається в конденсаторі за рахунок відбору теплоти від пари холодильного агенту, що конденсується, потім подається в водяний теплообмінник, в якому підвищується її температура за рахунок гарячої води, яка направляється споживачеві, а потім підігрівають до високої температури в сонячному нагрівачі. Після цього гаряча вода подається в генератор пари, де віддає частину теплоти спочатку киплячому холодильному агенту, потім в проміжному теплообміннику частині води, яка направляється в сонячний нагрівач, та в гарячому стані подається до споживача. Недоліком вказаного способу є те, що в ньому не передбачено можливість одержання електричної енергії, що не дозволяє ефективно використовувати енергію сонця та знижує технологічні можливості геліоустановки. Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб одержання холоду та гарячої води, який реалізований в геліоустановці [див. Авторське свідоцтво SU № 1151786 МПК F25B 29/00, 1/06, 27/00, 23.04.1985, Бюл. № 15, 1985] і включає одержання робочої пари високого тиску в генераторі пари, розширення її у соплі ежектора та ежектування холодної пари низького тиску з випарника, змішування робочої та холодної пари у камері змішування ежектора та стискання суміші у дифузорі ежектора до стану перегрівання при високій температурі, її подальшого охолодження і конденсацію при проміжному тиску у конденсаторі, після чого одна частина рідкого холодильного агенту дроселюється до низького тиску і подається у випарник для одержання холодильного ефекту, а друга частина живильним насосом повертається в генератор пари. Охолоджуюча вода підігрівається в конденсаторі за рахунок відбору теплоти від пари холодильного агенту, що конденсується, потім підігрівається в сонячному колекторі, подається в генератор пари, де віддає частину теплоти киплячому холодильному агенту, та в гарячому стані подається до споживача. Для підтримання температурі води, яка подається споживачу, на постійному рівні, частина води подається в струминний змішувач, в якому змішується з водою, що подається на сонячний нагрівач. Цей спосіб вибрано прототипом. Прототип і спосіб, що заявляється, мають наступні спільні ознаки (операції): - підігрів холодильного агенту з одержанням пари високого тиску в генераторі пари; - розширення робочої пари в соплі ежектора; - ежектування холодної пари низького тиску з випарника; - змішування робочої та холодної пари в камері змішування ежектора; - стискання суміші робочої та холодної пари в дифузорі ежектора; 1 UA 107744 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - охолодження суміші робочої та холодної пари при проміжному тиску в конденсаторі з одержанням рідкого холодильного агенту; - дроселювання частини рідкого холодильного агенту до низького тиску в дросельному вентилі; - підігрів холодильного агенту з одержанням пари низького тиску у випарнику; - повернення другої частини рідини в генератор пари за допомогою живильного насосу; - підігрів охолоджуючої води у конденсаторі та сонячному колекторі; - охолодження води в генераторі пари. Недоліком вказаного способу є те, що в ньому не передбачено можливість одержання електричної енергії, що не дозволяє ефективно використовувати енергію сонця та знижує технологічні можливості геліоустановки. В основу винаходу поставлено задачу створити спосіб одержання холоду, гарячої води та електричної енергії, забезпечити підвищення ефективності використання сонячної енергії та розширення технологічних можливостей геліоустановки шляхом додаткового розширення пари високого тиску в паровій турбіні з одержанням механічної роботи, яка використовується для одержання електричної енергії. Поставлена задача вирішена в способі одержання холоду, гарячої води та електричної енергії, що передбачає підігрів холодильного агенту в генераторі пари з одержанням робочої пари високого тиску, розширення її у соплі ежектора, ежектування холодної пари низького тиску з випарника, змішування робочої та холодної пари в камері змішування ежектора, стискання одержаної парової суміші в дифузорі ежектора та охолодження її при проміжному тиску в конденсаторі з одержанням рідкого холодильного агенту, дроселювання частини одержаної рідини в дросельному вентилі та підігрів її з одержанням пари низького тиску у випарнику, подачу другої частини рідини в генератор пари за допомогою живильного насосу, підігрів води теплотою, що відводиться в процесі конденсації парової суміші в конденсаторі, догрівання її сонячною енергією в сонячному колекторі та часткове охолодження її при одержанні робочої пари холодильного агенту високого тиску в генераторі пари з подальшою подачею до споживача тим, що частина робочої пари високого тиску додатково розширюється в установленій паралельно ежектору паровій турбіні з одержанням механічної роботи, яка використовується для одержання електричної енергії в електрогенераторі. Розширення робочої пари високого тиску в паровій турбіні дозволяє отримати механічну роботу, яка у вказаному способі одержання холоду, теплоти та електричної енергії корисно використовується для приводу в дію електрогенератора та одержання електричної енергії. Запропоноване рішення дозволяє значно підвищити ефективність використанні сонячної енергії та розширити технологічні можливості геліоустановки. На кресленні схематично представлена геліоустановка, в якій здійснюють запропонований спосіб. Установка містить ежекторну холодильну машину 1, що складається з генератора пари 2, ежектора 3, випарника 4, конденсатора 5, дросельного вентиля 6, живильного насоса 7, контур циркуляції води 8, в який входять водяний насос 9, сонячний колектор 10, водорегулюючий вентиль 11, струминний змішувач 12, термодатчик 13, а також парову турбіну 14 та електричний генератор 15. Перелічені вузли сполучені між собою у наступному порядку. Перший вихід генератора пари 2 сполучений з першим входом ежектора 3 та входом парової турбіни 14, виходи яких сполучені з першим входом конденсатора 5. Перший вихід конденсатора 5 сполучений з входом дросельного вентиля 6 та входом живильного насосу 7. Вихід дросельного вентиля 6 сполучений з входом випарника 4, вихід з якого сполучений з другим входом ежектора 3. Вихід живильного насосу 7 сполучений з першим входом генератора пари 2. Вхід водяного насосу 9 сполучений з джерелом води. Вихід водяного насосу 9 сполучений з другим входом конденсатора 5, другий вихід якого сполучений з першим входом струминного змішувача 12. Вихід струминного змішувача 12 сполучений з входом сонячного колектора 10, вихід якого сполучений з другим входом генератора пари 2. Другий вихід генератора пари 2 сполучений з споживачем гарячої води та з входом водорегулюючого вентиля 11. Вихід водорегулюючого вентиля 11 сполучений з другим входом струминного змішувача 12. Водорегулюючий вентиль 11 сполучений з термодатчиком 13 електричним або механічним зв'язком. Парова турбіна 14 сполучена з електричним генератором 15 сумісним валом. Спосіб здійснюють таким чином. До генератора пари 2 підводиться вода, яка нагріта до високої температури в сонячному колекторі 8. Робоча пара холодильного агенту високого тиску, яка утворилася в генераторі пари 2, використовується для роботи ежекторної холодильної машини 1 та парової турбіни 14, яка 2 UA 107744 C2 5 10 15 20 25 з'єднана з електричним генератором 15 сумісним валом. Для цього робоча пара розділяється на дві частини. Одна частина розширюється в соплі ежектора 3 та підсмоктує холодну пару низького тиску з випарника 4. Суміш пари стискається в дифузорі ежектора до проміжного тиску та зріджується в конденсаторі 5 за рахунок відведення теплоти воді, що подається водяним насосом 9 з джерела води. Рідкий холодильний агент після конденсатора 5 розділяється на два потоки, одна частина якого знижує свій тиск у дросельному вентилі 6 та надходить в випарник 4, де кипить з одержанням холодильного ефекту, а друга частина за допомогою живильного насоса 7 повертається в генератор пари 2 для одержання пари високого тиску. Друга частина робочої пари, що виходить з генератора пари 2, розширюється в паровій турбіні 14 з одержанням механічної роботи, яка використовується для одержання електричної енергії за допомогою електричного генератора 15. Пара, яка відпрацьована в паровій турбіні 14, також зріджується в конденсаторі 5 за рахунок відведення теплоти воді, що подається водяним насосом 9 з джерела води, та живильним насосом 7 повертається в генератор пари 2 для одержання пари високого тиску. Попередньо підігріта за рахунок підведення теплоти від холодильного агенту, що конденсується в конденсаторі 5, вода подається в струминний змішувач 12, який через водорегулюючий вентиль 11 підсмоктує необхідну частину води, що виходить з генератора пари 2. Після струминного змішувача 12 вода подається в сонячний колектор 10, в якому вона додатково нагрівається до високої температури. Після сонячного колектора 10 сильно нагріта вода подається в генератор пари 2 для одержання пари високого тиску з заданою температурою, яка підтримується за допомогою термодатчика 13, з'єднаного з водорегулюючим вентилем 11. Таким чином водорегулюючий вентиль 11 призначений для підтримання заданої температури пари високого тиску на розрахунковому рівні при зміненні інтенсивності сонячної радіації. Після генератора пари 2 охолоджена, але ще гаряча, вода повертається до споживача. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 Спосіб одержання холоду, гарячої води та електричної енергії в геліоустановці, яка містить ежекторну холодильну машину, що передбачає підігрів холодильного агента в генераторі пари з одержанням робочої пари високого тиску, розширення її в соплі ежектора, ежектування холодної пари низького тиску з випарника, змішування робочої та холодної пари в камері змішування ежектора, стискання одержаної парової суміші в дифузорі ежектора та охолодження її при проміжному тиску в конденсаторі з одержанням рідкого холодильного агенту, дроселювання частини одержаної рідини в дросельному вентилі та підігрів її з одержанням пари низького тиску у випарнику, подачу другої частини рідини в генератор пари за допомогою живильного насосу, підігрів води теплотою, що відводиться в процесі конденсації парової суміші в конденсаторі, догрівання її сонячною енергією в сонячному колекторі та часткове охолодження її при одержанні робочої пари холодильного агента високого тиску в генераторі пари з подальшою подачею до споживача, який відрізняється тим, що додатково здійснюють розширення частини робочої пари високого тиску в установленій паралельно ежектору паровій турбіні з одержанням механічної роботи, яка використовується для одержання електричної енергії в електрогенераторі. 3 UA 107744 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4