Спосіб одночасного виробництва електроенергії та холоду і система для його здійснення

Реферат: Винахід належить до енергетичної галузі, зокрема до способу одночасного виробництва електроенергії та холоду і системи для його здійснення. Спосіб передбачає нагрівання повітря, зволоження його в камері зволоження, розширення в турбіні, охолодження, стискання охолодженого повітря до атмосферного тиску за допомогою ежектування водяною парою високого тиску і подальше конденсування при атмосферному тиску та відокремлення конденсату від повітря. Система включає сполучені між собою за певною схемою технологічними трубопроводами повітряний сонячний колектор, акумулятор тепла, зволожувальну камеру, камеру згоряння, пароповітряну турбіну, водяний насос, насос холодоагенту, електрогенератор, паронагрівач, пароповітряний ежектор, конденсаторпарогенератор, холодильний ежектор, випарник холодоагенту і конденсатор холодоагенту. UA 108150 C2 (12) UA 108150 C2 Запропонований винахід забезпечує спрощення способу та системи одночасного виробництва електроенергії та холоду, а також підвищення коефіцієнта корисної дії на 25-30 %. UA 108150 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до енергетичної галузі, зокрема до способу одночасного виробництва електроенергії та холоду і системи для його здійснення. Відомі енергетичні системи, які призначені виробляти електроенергію з теплових джерел, а потім з цієї електроенергії виробляти холод. Це можуть бути електростанції на базі органічного циклу Ренкіна, а також повітряного циклу Брайтона тощо. Їх недоліками є або використання шкідливих робочих речовин в першому випадку, або дуже низькі енергетичні показники - в другому (див. Л.А. Огуречников.Теплоэнергетическиесистемы и агрегаты: сб. науч. тр. Новосибирск: Изд-во Новосибирского государственного технического университета, 2003. - № 7. - С. 83-91; Цанев СВ. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций Год издания: 2002). Найближчим до винаходу, що заявляється, є спосіб одночасного виробництва електроенергії та холоду і система для його здійснення, наведені в статті Майсоценко B.C. "THE HUMID COMBUSTION TO PROTECT ENVIRONMENT AND TO SAVE THE FUEL: THE WATER VAPOR PUMP AND MAISOTSENKO CYCLES EXAMPLES" International Journal of Energy fora Clean Environment Том 12, 201 1. Выпуск 2-4. Вказана система включає сполучені між собою технологічними трубопроводами сонячний колектор, акумулятор тепла, зволожуючу камеру, камеру згоряння, пароповітряну турбіну, випускний компресор, повітряний охолоджувач, насос і електрогенератор. На трубопроводах установлені п'ять вентилів. В цій системі виконуються наступні процеси: розширення повітря в турбіні, охолодження повітря в зволожуючій камері, стискання охолодженого повітря в компресорі, охолодження стиснутого повітря свіжим повітрям з атмосфери в рекуперативному теплообміннику, подальший нагрів цього повітря в сонячному колекторі, зволоження повітря в зволожуючій камері, подальший догрів повітря в камері згоряння та спрямування його на турбіну. Дане технічне рішення обрано найближчим аналогом. Спосіб, що заявляється, і спосіб за найближчим аналогом мають наступні спільні операції: нагрівання повітря; зволоження повітря; розширення повітря в турбіні; охолодження повітря; стискання охолодженого повітря. Система, що заявляється, і система за прототипом мають наступні спільні вузли та елементи: повітряний сонячний колектор; акумулятор тепла; зволожувальна камера; камера згоряння; пароповітряна турбіна; водяний насос; електрогенератор. Способу і системі властиві такі недоліки: складність і невисока ефективність. Це пов'язано з наявністю компресора, який, по-перше, є досить складним пристроєм, а, подруге, він поглинає значну частку енергії, виробленої в турбіні. В основу винаходу поставлено задачу розробити спосіб одночасного виробництва електроенергії та холоду і систему для його здійснення, в яких шляхом стискання повітря до атмосферного тиску за допомогою ежектування водяною парою високого тиску з наступним конденсуванням при атмосферному тиску та відокремленням від повітря, забезпечити спрощення як способу так і системи, а також підвищення коефіцієнта корисної дії на 25-30 %. Поставлена задача вирішена групою винаходів, об'єднаних єдиним винахідницьким задумом - способом і системою одночасного виробництва електроенергії та холоду. В першому винаході поставлена задача вирішена в способі одночасного виробництва електроенергії та холоду, що передбачає нагрівання повітря, зволоження його в камері зволоження, розширення в турбіні, охолодження та стискання охолодженого повітря, тим, що охолоджене повітря стискають до атмосферного тиску за допомогою ежектування водяною парою високого тиску, після чого конденсують при атмосферному тиску та відокремлюють конденсат від повітря. При цьому у випадку низьких значень тиску після розширення вологого повітря в турбіні здійснюють його подальше охолодження та осушення в камері зволоження, а також послідовне ежектування та двоступеневе стискання з проміжним охолодженням та конденсацією водяної пари проміжного тиску. 1 UA 108150 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В другому винаході поставлена задача вирішена системою одночасного виробництва електроенергії та холоду, що включає сполучені між собою технологічними трубопроводами повітряний сонячний колектор, акумулятор тепла, зволожувальну камеру, камеру згоряння, пароповітряну турбіну, водяний насос і електрогенератор, тим, що вона додатково містить пароводяний нагрівач, пароповітряний ежектор, конденсатор-парогенератор, холодильний ежектор, насос холодоагенту, випарник холодоагенту і конденсатор холодоагенту, при цьому повітряний сонячний колектор, акумулятор тепла і зволожуюча камера сполучені між собою послідовно, пароповітряний ежектор сполучений з водонагрівачем і пароповітряною турбіною, яка сполучена з камерою згоряння та електрогенератором, пароводяний нагрівач, сполучений з пароповітряним ежектором і водяним насосом, який сполучений з конденсаторомпарогенератором, який сполучений також з водонагрівачем, холодильним ежектором і насосом холодоагенту, а холодильний ежектор сполучений також з випарником холодоагенту і конденсатором холодоагенту. Окрім того, система додатково містить проміжний охолоджувач, пароповітряний ежектор другого ступеня і допоміжний інжектор, при цьому проміжний охолоджувач сполучений з пароповітряним ежектором, пароповітряним ежектором другого ступеня і допоміжним інжектором, який сполучений з конденсатором-парогенератором і пароводяним нагрівачем. Технічний результат заявленого винаходу полягає в спрощенні способу і системи виробництва електроенергії та холоду, а також в підвищенні ефективності. Цей результат досягається за допомогою пароповітряного ежектора, який є простим і не потребує механічної енергії для своєї роботи. Натомість для ежекторного контуру додатково використовується тепло для отримання водяної пари, яке після ежектора використовується для виробництва холоду за допомогою ежекторної холодильної системи. При цьому підвищується загальний ККД системи на 25-30 %. При зниженні тиску за турбіною спостерігається зростання корисної роботи, але в цьому випадку різко знижуються показники ежектора. Ця проблема вирішується за рахунок застосування двоступеневого ежектора, що підвищує ефективність силового циклу від 25 до 50 %. На кресленні зображена система одночасного виробництва електроенергії та холоду за допомогою якої реалізується спосіб, який заявляється, де: Фіг. 1 - система, в якій використовується одноступеневий пароповітряний ежектор; Фіг. 2 - фрагмент системи, в якій використовується двоступеневий пароповітряний ежектор. Система, в якій використовується одноступеневий пароповітряний ежектор (Фіг. 1), містить повітряний сонячний колектор 1, акумулятор тепла 2, пароводяний нагрівач (наприклад, сонячний колектор) 3, камеру згоряння 4, вентиль свіжого повітря 5, запірні вентилі 6, 7,8, 9, пароповітряну турбіну 10, зволожуючу камеру 11, електрогенератор 12, водонагрівач 13, пароповітряний ежектор 14, конденсатор-парогенератор 15, водяний насос 16, холодильний ежектор 17, насос холодоагенту 18, випарник холодоагенту 19, дросельний вентиль 20, конденсатор холодоагенту 21. Перелічені вузли й елементи системи сполучені між собою за такою схемою. Повітряний сонячний колектор 1, акумулятор тепла 2 і зволожуюча камера 11 сполучені між собою послідовно. Пароповітряний ежектор 14 сполучений з водонагрівачем 13 і пароповітряною турбіною 10, яка сполучена із камерою згоряння 4 та електрогенератором 12. Пароводяний нагрівач 3 сполучений з пароводяним ежектором 14 і водяним насосом 16. Водяний насос 16 сполучений з конденсатором-парогенератором 15, який сполучений з водонагрівачем 13, холодильним ежектором 17 і насосом холодоагенту 18. Холодильний ежектор 17 сполучений з випарником холодоагенту 19 і конденсатором холодоагенту 21. В системі може бути використано двоступеневий пароповітряний ежектор (Фіг. 2). Така система відрізняється від системи з одноступеневим ежектором тим, що вона додатково містить проміжний охолоджувач 22, пароповітряний ежектор другого ступеня 23 і допоміжний інжектор 24. При цьому проміжний охолоджувач 22 сполучений з пароповітряним ежектором 14, пароповітряним ежектором другого ступеня 23 і допоміжним інжектором 24. Допоміжний інжектор 24, окрім того, сполучений з конденсатором-парогенератором 15 і пароводяним нагрівачем 3. Працює система наступним чином. Свіже повітря нагрівається в повітряному сонячному колекторі 1, проходить через акумулятор тепла 2, який стабілізує температуру повітря. Якщо температура залишається надто високою, до нагрітого повітря додається свіже повітря через вентиль свіжого повітря 5. Після цього повітря при заданій температурі надходить до зволожуючої камери 11, поглинає велику кількість вологи, яку спроможне утримати підігріте повітря та догрівається в камері 2 UA 108150 C2 5 10 15 20 згоряння 4 до найвищої температури циклу. Після цього повітряно-парова суміш розширюється в пароповітряній турбіні 10 до найнижчого тиску, виробляє роботу, яка перетворюється на електроенергію в електрогенераторі 12. Вологе повітря після пароповітряної турбіни 10 охолоджується та осушується в зволожуючій камері 11, після чого відсмоктується пароповітряним ежектором 14. В сопло пароповітряного ежектора 14 подається водяна пара при високому тиску та відповідній температурі, яка виробляється в пароводяному нагрівачі 3, наприклад в сонячному колекторі. В соплі пароповітряного ежектора 14 пара розширюється, приєднує певну масу повітря та дотискає отриману суміш до атмосферного тиску, після чого в конденсаторі-парогенераторі 15 з пароводяної суміші конденсується водяна пара при (> температурі 100 С, а повітря нагріває воду у водонагрівачі 13 та видаляється в атмосферу. Утворена в конденсаторі-парогенераторі 15 пара холодоагенту високого тиску розширяється в соплі холодильного ежектора 17, відсмоктує холодну пару з випарника холодоагенту 19, стискає отриману суміш до тиску конденсації та надходить до конденсатора холодоагенту 21. Після цього рідкий холодоагент розділяється на дві частини: одна через дросельний вентиль 20 спрямовується до випарника холодоагенту 19, а інша - насосом холодоагенту 18 подається в конденсатор-парогенератор 15. У випадку використання двоступеневого ежектора (Фіг. 2) в проміжному охолоджувачі 22 конденсується водяна пара, а осушене повітря проміжного тиску дотискається в пароповітряному ежекторі другого ступеня 23 до атмосферного тиску та надходить в конденсатор-парогенератор 15. Відділена в проміжному охолоджувачі 22 сконденсована вода допоміжним інжектором 24 подається в конденсатор-парогенератор 15. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Спосіб одночасного виробництва електроенергії та холоду, що передбачає зволоження повітря в камері зволоження та осушення, нагрівання його в камері згоряння, розширення в пароповітряній турбіні, охолодження та осушення повітря в камері зволоження та осушення і стискання охолодженого осушеного повітря в компримованому пристрої, який відрізняється тим, що охолоджене та осушене повітря низького тиску після пароповітряної турбіни стискають до атмосферного тиску в пароповітряному ежекторі шляхом ежектування водяною парою високого тиску, після чого надлишок водяної пари конденсують при атмосферному тиску в конденсаторі-парогенераторі за рахунок кипіння холодоагенту та відокремлюють конденсат від повітря, який насосом повертають до пароводяного нагрівача, а повітря спрямовують на подальше нагрівання перед турбіною, наприклад, в камері згоряння, при цьому холод, отриманий у випарнику холодоагенту, та електроенергія, отримана в електрогенераторі за допомогою пароповітряної турбіни, постачаються споживачам. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що у випадку низьких значень тиску після розширення вологого повітря у пароповітряній турбіні здійснюють його подальше охолодження та осушення в камері зволоження та осушення, а після цього водяною парою високого тиску послідовно ежектують та стискають в пароповітряному ежекторі і пароповітряному ежекторі другого ступеня з проміжним охолодженням та конденсацією водяної пари проміжного тиску. 3. Система одночасного виробництва електроенергії та холоду, що включає сполучені між собою технологічними трубопроводами повітряний сонячний колектор (1), акумулятор тепла (2), камеру зволоження та осушення (11), камеру згоряння (4), пароповітряну турбіну (10), водяний насос (16) і електрогенератор (12), яка відрізняється тим, що вона додатково містить пароводяний нагрівач (3), пароповітряний ежектор (14), конденсатор-парогенератор (15), холодильний ежектор (17), насос холодоагенту (18), випарникхолодоагенту (19) і конденсатор холодоагенту (21), при цьому повітряний сонячний колектор (1), акумулятор тепла (2) і камера зволоження та осушення (11) сполучені між собою послідовно, вихідний патрубок пароповітряного ежектора (14) сполучений з конденсатором-парогенератором (15), а усмоктувальний патрубок пароповітряного ежектора (14) сполучений з виходом пароповітряної турбіни (10), яка сполучена з камерою згоряння (4), і електрогенератором (12), вихід пароводяного нагрівача (3) сполучений із соплом пароповітряного ежектора (14), а вхід - з водяним насосом (16), який сполучений усмоктувальним патрубком із конденсаторомпарогенератором (15), який також сполучений з водонагрівачем (13), холодильним ежектором (17) і насосом холодоагенту (18), а холодильний ежектор (17) сполучений також з випарником холодоагенту (19) і конденсатором холодоагенту (21). 4. Система одночасного виробництва електроенергії та холоду, що включає сполучені між собою технологічними трубопроводами повітряний сонячний колектор (1), акумулятор тепла (2), камеру зволоження та осушення (11), камеру згоряння (4), пароповітряну турбіну (10) водяний 3 UA 108150 C2 5 10 15 насос (16) і електрогенератор (12), яка відрізняється тим, що вона додатково містить пароводяний нагрівач (3), пароповітряний ежектор (14), конденсатор-парогенератор (15), холодильний ежектор (17), насос холодоагенту (18), випарник холодоагенту (19), конденсатор холодоагенту (21), проміжний охолоджувач (22), пароповітряний ежектор другого ступеня (23) і допоміжний інжектор (24), при цьому повітряний сонячний колектор (1), акумулятор тепла (2) і камера зволоження та осушення (11) сполучені між собою послідовно, вихідний патрубок пароповітряного ежектора (14) сполучений з проміжним охолоджувачем (22), а усмоктувальний патрубок пароповітряного ежектора (14) сполучений з виходом пароповітряної турбіни (10), яка сполучена з камерою згоряння (4), і електрогенератором (12), вихід пароводяного нагрівача (3) сполучений із соплом пароповітряного ежектора (14), а вхід - з водяним насосом (16), який сполучений усмоктувальним патрубком із конденсатором-парогенератором (15), який також сполучений з водонагрівачем (13), холодильним ежектором (17) і насосом холодоагенту (18), холодильний ежектор (17) сполучений також з випарником холодоагенту (19) і конденсатором холодоагенту (21), а проміжний охолоджувач (22) сполучений також з пароповітряним ежектором другого ступеня (23) і допоміжним інжектором (24), який сполучений з конденсатором-парогенератором (15) і пароводяним водонагрівачем (3). Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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