Енергетична установка для рекуперації відпрацьованого тепла газоперекачувального агрегату

Номер патенту: 81601

Опубліковано: 10.07.2013

Автори: Прибила Андрій Вікторович, Анатичук Лук'ян Іванович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Енергетична установка для рекуперації відпрацьованого тепла газоперекачувального агрегату, що містить термоелектричний генератор електричної енергії, яка відрізняється тим, що термоелектричний генератор розташований у вихлопній трубі газоперекачувального агрегату.

2. Енергетична установка за п. 1, яка відрізняється тим, що як гарячі теплообмінні поверхні термоелектричного генератора слугують зовнішні поверхні шумопоглиначів газоперекачувального агрегату.

3. Енергетична установка за п. 2, яка відрізняється тим, що на внутрішній поверхні теплообмінників встановлені теплові труби, які передають теплову енергію вихлопних газів до термоелектричного генератора, що знаходиться за межами вихлопної труби газоперекачувального агрегату.

4. Енергетична установка за п. 2, яка відрізняється тим, що внутрішня поверхня теплообмінників контактує з рідинними теплообмінниками, через які прокачується високотемпературна силіконова рідина для передачі тепла від поглинаючої поверхні теплообмінників до термоелектричного генератора.

5. Енергетична установка за п. 2, яка відрізняється тим, що на внутрішній поверхні теплообмінників монтуються термоелектричні модулі, а до них, в свою чергу, рідинні теплообмінники, через які прокачується холодна рідина для відводу тепла від термоелектричних модулів.

Текст

Реферат: Енергетична установка для рекуперації відпрацьованого тепла газоперекачувального агрегату, що містить термоелектричний генератор електричної енергії. Термоелектричний генератор розташований у вихлопній трубі газоперекачувального агрегату. UA 81601 U (12) UA 81601 U UA 81601 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електрогенеруючих пристроїв і знайде застосування в техніці, де має місце перетворення теплової енергії в електричну. Вона може бути використана для отримання електричної енергії шляхом термоелектричного перетворення в сфері використання двигунів внутрішнього згоряння, цементній промисловості, металургії, хімічній промисловості та ін. Такі пристрої у вигляді термоелектричних генераторів розробляються багатьма фірмами для використання поряд з автомобільними двигунами [1], що виділяють тепло вихлопними газами. Відомі енергетичні установки для живлення газоперекачувальних агрегатів (ГПА) [2]. Турбіни авіаційних двигунів газових турбін ГПА обертаються під дією продуктів згоряння природного газу. У цьому варіанті газоперекачувальний агрегат потребує при експлуатації наявності джерела електричної енергії. Електрична енергія використовується при підготовці ГПА до пуску, при роботі та під час зупинки агрегату. Максимальна потужність споживання ГПА становить 136.73 кВт в режимі запуску [2]. В режимі роботи сумарне споживання складає 78.33 кВт (63.33 кВт при оточуючій температурі Т>15 °С). У віддалених від електромережі пунктах газотранспортної мережі використовуються автономні електростанції, що забезпечують відповідну потужність для погреб ГПА. У випадку аварійного відключення від електромережі, передбачено резервне живлення відповідальних вузлів ГПА від дизельних двигунів [3]. Проте їх підключення займає певний час, що може призвести до аварійних режимів роботи газових турбін і виходу їх із ладу. До таких відповідальних вузлів ГПА, що потребують надійного електропостачання, належать системи автоматичного керування, пожежної безпеки, контролю рівня загазованості й вібрації та автоматичного керування. їх сумарна потужність електроспоживання становить 7.7 кВт. Відомі пристрої для резервного живлення ГПА [4-7], які використовують двигуни внутрішнього згорання. Проте їх підключення займає певний час, що може призвести до аварійних режимів роботи газових турбін і виходу їх із ладу. Крім того, відомо пристрої рекуперації тепла викидних газів ГПА, що містять рекуператори нагріву повітря [2], котре направляється в камеру згоряння турбіни. Дане рішення зменшує рівень теплового забруднення, сприяє зростанню загального ККД ГПА, проте не створює додатково електроенергію на основі використання тепла продуктів згоряння. Із існуючих аналогів енергетичних установок для живлення ГПА найбільш близьким за технічною суттю є енергетична установка з термоелектричним генератором [8], у якому для генерування електричної енергії використовується тепло вихлопних газів турбіни газоперекачувального агрегату. Такий термоелектричний генератор розміщується на поверхні блока спрямляючого ГПА. Проте у даній корисній моделі теплова потужність для роботи термоелектричного генератора відбирається лише з приповерхневих прошарків вихлопних газів, що контактують з внутрішніми боковими стінками блока спрямляючого. Внутрішні прошарки газу в таких умовах свою теплову енергію майже не віддають. Завдання рекуперації тепла викидних газів для енергопостачання ГПА або направлення електроенергії у зовнішню електромережу розв'язується тим, що як енергетична установка в складі ГПА використовується термоелектричний генератор розташований у вихлопній трубі ГПА (фіг. 1); як гарячі теплообмінні поверхні термоелектричного генератора слугують зовнішні поверхні шумопоглиначів газоперекачувального агрегату; у першому варіанті конструкції на внутрішній поверхні теплообмінників встановлені теплові труби, які передають теплову енергію вихлопних газів до термоелектричного генератора, що знаходиться за межами вихлопної труби газоперекачувального агрегату (фіг. 2); у другому варіанті внутрішня поверхня теплообмінників контактує з рідинними теплообмінниками, через які прокачується високотемпературна силіконова рідина для передачі тепла від поглинаючої поверхні теплообмінників до термоелектричного генератора (фіг. 3); у третьому варіанті на внутрішній поверхні теплообмінників монтуються термоелектричні модулі, а до них, в свою чергу, рідинні теплообмінники, через які прокачується холодна рідина для відводу тепла від термоелектричних модулів (фіг. 4). Відповідність критерію "новизна" запропонованому пристрою забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки. У корисній моделі запропоновано принципово нове рішення для газоперекачувальних агрегатів, яке полягає в тому, що як енергетична установка в складі ГПА використовується термоелектричний генератор, який розташований у вихлопній трубі ГПА; як гарячих теплообмінних поверхонь термоелектричного генератора слугують зовнішні поверхні шумопоглиначів газоперекачувального агрегату; на внутрішній поверхні теплообмінників встановлені теплові труби, які передають теплову енергію вихлопних газів до термоелектричного генератора, що знаходиться за межами вихлопної труби газоперекачувального агрегату; внутрішня поверхня теплообмінників контактує з рідинними 1 UA 81601 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 теплообмінниками, через які прокачується високотемпературна силіконова рідина для передачі тепла від поглинаючої поверхні теплообмінників до термоелектричного генератора; на внутрішній поверхні теплообмінників монтуються термоелектричні модулі, а до них, в свою чергу, рідинні теплообмінники, через які прокачується холодна рідина для відводу тепла від термоелектричних модулів. Тому ознака, яка заявляється, - як енергетична установка в складі ГПА використовується термоелектричний генератор, розташований у вихлопній трубі ГПА; як гарячі теплообмінні поверхні термоелектричного генератора слугують зовнішні поверхні шумопоглиначів газоперекачувального агрегату; на внутрішній поверхні теплообмінників встановлені теплові труби, які передають теплову енергію вихлопних газів до термоелектричного генератора, що знаходиться за межами вихлопної труби газоперекачувального агрегату; внутрішня поверхня теплообмінників контактує з рідинними теплообмінниками, через які прокачується високотемпературна силіконова рідина для передачі тепла від поглинаючої поверхні теплообмінників до термоелектричного генератора; на внутрішній поверхні теплообмінників монтуються термоелектричні модулі, а до них, в свою чергу, рідинні теплообмінники, через які прокачується холодна рідина для відводу тепла від термоелектричних модулів. На фіг. 1 представлено схему ГПА: 1 - термоелектричний генератор, гарячі теплообмінні поверхні якого розміщені у вихлопній трубі ГПА 2, 3 - газова турбіна. На фіг. 2 представлено схему фрагменту вихлопної труби ГПА: 2 - стінки вихлопної труби ГПА, 4 - гарячі теплообмінні поверхні термоелектричного генератора, 5 - теплові труби, 6 - блок термоелектричного генератора, що містить термоелектричні модулі, систему відведення тепла та електричний комутатор. Запропонована схема працює наступним чином. При включенні газової турбіни 3, потік нагрітих вихлопних газів потрапляє у вихлопну трубу, у якій розміщено теплообмінні поверхні 4, що здійснюють відбір теплової енергії вихлопних газів, а також функцію шумопоглиначів. Теплова енергія від гарячих теплообмінних поверхонь 4 передається тепловим трубам 5, які передають її до термоелектричних модулів розміщених за межами вихлопної труби у блоці ТЕГ 6. У блоці 6 знаходиться також система відведення тепла та електричний комутатор, який забезпечує включення ТЕГ у коло живлення ГПА або зовнішньої електромережі. На фіг. 3 представлено схему фрагменту вихлопної труби ГПА: 2 - стінки вихлопної труби ГПА, 7 - рідинні теплообмінниками, через які прокачується високотемпературна силіконова рідина для передачі тепла від поглинаючої поверхні теплообмінників 4 до термоелектричного генератора 6, що містить термоелектричні модулі, систему відведення тепла та електричний комутатор. Запропонована схема працює наступним чином. При включенні газової турбіни 3, потік нагрітих вихлопних газів потрапляє у вихлопну трубу 2, у якій розміщено теплообмінні поверхні 4, що здійснюють відбір теплової енергії вихлопних газів, а також функцію шумопоглиначів. Теплова енергія від гарячих теплообмінних поверхонь 4 передається по розміщених на її внутрішній поверхні рідинних теплообмінниках, через які прокачується високотемпературна силіконова рідина до термоелектричних модулів розміщених за межами вихлопної труби у блоці ТЕГ 6. У блоці 6 знаходиться також система відведення тепла та електричний комутатор, який забезпечує включення ТЕГ у коло живлення ГПА або зовнішньої електромережі. На фіг. 4 представлено схему фрагменту вихлопної труби ГПА: 2 - стінки вихлопної труби ГПА, 8 - рідинні теплообмінники, через які прокачується холодна рідина для відводу тепла від термоелектричних модулів 9, 6 - блок термоелектричного генератора, що містить електричний комутатор. Запропонована схема працює наступним чином. При включенні газової турбіни 3, потік нагрітих вихлопних газів потрапляє у вихлопну трубу 2, у якій розміщено теплообмінні поверхні 4, що здійснюють відбір теплової енергії вихлопних газів, а також функцію шумопоглиначів. Теплова енергія від гарячих теплообмінників 4 передається на вмонтовані на їх внутрішніх поверхнях термоелектричні модулі, до яких кріпляться рідинні теплообмінники, через які прокачується охолоджена рідина. У блоці 6 знаходиться електричний комутатор, який забезпечує включення ТЕГ у коло живлення ГПА або зовнішньої електромережі. Теоретичні оцінки показали, що за допомогою термоелектричного генератора, розміщеного у вихлопній трубі ГПА, можна отримати електричну потужність до 150 кВт. Запропонований варіант електрозабезпечення може знайти активне використання в газотранспортній сфері та інших галузях техніки та промисловості, його застосування дозволить значно покращити характеристики різних агрегатів, в котрих використовується спалювання газів або рідинних палив. 60 2 UA 81601 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Джерела інформації: 1. Anatychuk L.I., Luste O.J., Kuz R.V. Theoretical and experimental studies of thermoelectric generator for vehicles // Journal of Electronic Materials, Vol. 40, Issue 5, 2011. 2. Аверьянов А.А., Лебедев Н.М. Газоперекачивающие агрегаты с приводом авиационного типа. - М. "Недра", 1983, стр. 70. 3. Общесоюзные нормы технологического проектирования. Магистральные трубопроводы. Часть 1. Газопроводы. ОНТП 51-1-85. Мингазпром, М., 1985. 4. Патент РФ № 2396450. Энергетическая установка. Попов С.А., Гудзь В.Н., Терѐхин А.Н., Антипов М.А., Сайданов В.О. Заявка: 99127975/06, 30.12.1999, Опубликовано: 27.07.2001. 5. Патент РФ № 2419185. Энергетическая установка. Лаптев А.А., Лаптев Н.Н. Заявка: 2009148426/07. 28.12.2009. Опубликовано: 28.12.2009. 6. Патент РФ № 2419957. Энергетическая установка. Лаптев Н.Н., Левин А.В., Довгаленок В.М. Заявка: 2010123426/07, 09.06.2010, Опубликовано 09.06.2010. 7. Патент РФ № 2256118. Энергетическая установка для компрессорной станции магистрального газопровода. Рудаков Д.Е. Заявка: 2002134912/06, 23.12.2002. Дата публикации заявки: 10.07.2004. 8. Заявка на корисну модель u201210353 від 03.09.2012 р. Енергетична установка для резервного живлення газоперекачувального агрегату. Анатичук Л.І., Прибила А.В. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Енергетична установка для рекуперації відпрацьованого тепла газоперекачувального агрегату, що містить термоелектричний генератор електричної енергії, яка відрізняється тим, що термоелектричний генератор розташований у вихлопній трубі газоперекачувального агрегату. 2. Енергетична установка за п. 1, яка відрізняється тим, що як гарячі теплообмінні поверхні термоелектричного генератора слугують зовнішні поверхні шумопоглиначів газоперекачувального агрегату. 3. Енергетична установка за п. 2, яка відрізняється тим, що на внутрішній поверхні теплообмінників встановлені теплові труби, які передають теплову енергію вихлопних газів до термоелектричного генератора, що знаходиться за межами вихлопної труби газоперекачувального агрегату. 4. Енергетична установка за п. 2, яка відрізняється тим, що внутрішня поверхня теплообмінників контактує з рідинними теплообмінниками, через які прокачується високотемпературна силіконова рідина для передачі тепла від поглинаючої поверхні теплообмінників до термоелектричного генератора. 5. Енергетична установка за п. 2, яка відрізняється тим, що на внутрішній поверхні теплообмінників монтуються термоелектричні модулі, а до них, в свою чергу, рідинні теплообмінники, через які прокачується холодна рідина для відводу тепла від термоелектричних модулів. 3 UA 81601 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Energetic installation for recovery of gas compressor unit waste heat

Автори англійською

Anatychuk Lukian Ivanovych, Prybyla Andrii Viktorovych

Назва патенту російською

Энергетическая установка для рекуперации отработанного тепла газоперекачивающего агрегата

Автори російською

Анатичук Лукьян Иванович, Прибила Андрей Викторович

МПК / Мітки

МПК: H01L 35/00

Мітки: газоперекачувального, тепла, рекуперації, установка, відпрацьованого, енергетична, агрегату

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/6-81601-energetichna-ustanovka-dlya-rekuperaci-vidpracovanogo-tepla-gazoperekachuvalnogo-agregatu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Енергетична установка для рекуперації відпрацьованого тепла газоперекачувального агрегату</a>

Подібні патенти