[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2608448C1 - Micro-cogeneration unit operating on renewable energy sources - Google Patents

Micro-cogeneration unit operating on renewable energy sources Download PDF

Info

Publication number
RU2608448C1
RU2608448C1 RU2016105174A RU2016105174A RU2608448C1 RU 2608448 C1 RU2608448 C1 RU 2608448C1 RU 2016105174 A RU2016105174 A RU 2016105174A RU 2016105174 A RU2016105174 A RU 2016105174A RU 2608448 C1 RU2608448 C1 RU 2608448C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
steam
micro
renewable energy
energy sources
Prior art date
Application number
RU2016105174A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Васильевич Ясаков
Original Assignee
Николай Васильевич Ясаков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Васильевич Ясаков filed Critical Николай Васильевич Ясаков
Priority to RU2016105174A priority Critical patent/RU2608448C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2608448C1 publication Critical patent/RU2608448C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24VCOLLECTION, PRODUCTION OR USE OF HEAT NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F24V99/00Subject matter not provided for in other main groups of this subclass

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to thermal electric power industry. Micro-cogeneration unit represents a single module assembled on the basis of an energy-intensive high-temperature heat accumulator with a hybrid system of heating from renewable energy sources (RES), mainly sun and wind ones. Steam boiler has a design providing automatic maintaining the steam pressure within a specified mode without any automation means, and the steam turbine maintains stable rpm within a rated interval of loads on the electric generator. Return of the condensate into the boiler is provided without pumps and without loss of the working medium. Heat exchanger of the turbine unit transmits "waste" heat for heating rooms and for the main routine needs.
EFFECT: micro-cogeneration unit operating on renewable energy sources provides independent power supply of such objects as individual housing, small agricultural productions, crafts, remote health or environmental and tourism assets.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах автономного комплексного энергоснабжения небольших объектов, главным образом, от возобновляемых источников энергии.The invention relates to the field of power engineering and can be used in autonomous integrated energy supply systems for small objects, mainly from renewable energy sources.

Микро-ТЭЦ, в настоящее время, как информирует Интернет, уже имеют тысячи пользователей. В выпускаемых и проектируемых конструкциях реализуются различные технические решения - от традиционного двигателя внутреннего сгорания (двигатель Отто), до паровых турбин и поршневых двигателей, а также двигателя Стирлинга. Осваивая производство данного оборудования, производители приводят аргументы как экономического, так и экологического характера: высокий (более 90%) совокупный КПД микро-ТЭЦ обеспечивает снижение затрат на энергоснабжение и объема вредных выбросов, в частности, углекислого газа в атмосферу.Micro-TPPs, currently, according to the Internet, already have thousands of users. Various technical solutions are implemented in the manufactured and designed designs - from the traditional internal combustion engine (Otto engine), to steam turbines and reciprocating engines, as well as the Stirling engine. When mastering the production of this equipment, manufacturers provide arguments of both economic and environmental nature: the high (more than 90%) combined efficiency of the micro-CHP provides a reduction in energy costs and the amount of harmful emissions, in particular carbon dioxide into the atmosphere.

Так, например, компания Senertec GmbH, входящая в Baxi Group, реализовала к настоящему времени около 150000 установок Dachs с двигателем внутреннего сгорания. Электрическая мощность - от 5 кВт, тепловая - от 12,5 до 20,5. Различные модели установок Dachs работают на природном, сжиженном газе, дизельном топливе. Имеется модель Dachs RS, созданная для работы на биодизельном топливе из рапсового масла. Микро-ТЭЦ (Mini-BHKW) Ecopover немецкой компании PoverPlus Technologies уже имеется на европейском рынке. Ее электрическая мощность варьируется в диапазоне от 1,3 до 4,7, тепловая - от 4,0 до 12,5 кВт. Суммарный КПД установки превышает 90%, топливом для нее служит природный или сжиженный газ.So, for example, Senertec GmbH, part of the Baxi Group, has currently sold about 150,000 Dachs combustion engines. Electric power - from 5 kW, thermal - from 12.5 to 20.5. Various models of Dachs units operate on natural, liquefied gas, diesel fuel. There is a Dachs RS model designed to run on rapeseed oil biodiesel. Micro-CHP (Mini-BHKW) Ecopover of the German company PoverPlus Technologies is already on the European market. Its electric power varies in the range from 1.3 to 4.7, thermal - from 4.0 to 12.5 kW. The total efficiency of the installation exceeds 90%, the fuel for it is natural or liquefied gas.

Компанией Otag Vertribes выпущена пилотная партия напольной газовой микро-ТЭЦ Lion-Powerblock электрической мощностью 0.2-2,2, тепловой - 2,5-16,0 кВт. В ней применен паровой двухцилиндровый двигатель со сдвоенным свободно движущимся поршнем. Парогенератор аппарата состоит из наддувной горелки и стального змеевика; температура пара 350°С.Otag Vertribes has released a pilot batch of Lion-Powerblock floor gas micro-CHP with an electric power of 0.2-2.2, thermal - 2.5-16.0 kW. It uses a steam two-cylinder engine with a twin free-moving piston. The steam generator of the apparatus consists of a pressurized burner and a steel coil; steam temperature 350 ° C.

Компания МТТ Micro Turbine Technology BV (Нидерланды) создала установку EnerTwin на основе микротурбины, одновременно генерирующей 3 кВт электричества и 15 кВт тепла.MTT Micro Turbine Technology BV (Netherlands) has created an EnerTwin installation based on a microturbine that simultaneously generates 3 kW of electricity and 15 kW of heat.

При всей оригинальности конструкций перечисленных микро-ТЭЦ они не могут быть использованы в системах автономного энергоснабжения от возобновляемых источников энергии (ВИЭ), поскольку работают на традиционном топливе.Despite the originality of the designs of the listed micro-thermal power plants, they cannot be used in autonomous energy supply systems from renewable energy sources (RES), since they operate on traditional fuel.

Известна комбинированная теплосиловая установка на базе двигателя Стирлинга, включающая в себя двигатель (например, двигатель Стирлинга или двигатель внутреннего сгорания) и электрогенератор, расположенные на одном валу, их систему охлаждения, состоящую из замкнутого контура с теплообменником-охладителем, через который проходит система внешнего теплоснабжения, она снабжена линией выработки пара, состоящей из парогенератора, пароперегревателя, с обратным клапаном между ними, и контуром охлаждения двигателя, соединенным с парогенератором перемычкой с регулирующим и обратным клапанами, включающим в себя пароводяной насос-подогреватель, пусковую байпасную линию с насосом и запорными клапанами, при этом линия выработки пара соединена с системой охлаждения двигателя через пароводяной насос-подогреватель, а магистраль отработанных газов сначала проходит через пароперегреватель, а затем через парогенератор (патент РФ №2164613 С1, F02G 1/043, F25B 9/14).A combined heat and power plant based on a Stirling engine is known, including an engine (for example, a Stirling engine or an internal combustion engine) and an electric generator located on the same shaft, their cooling system, consisting of a closed loop with a heat exchanger-cooler through which an external heat supply system passes , it is equipped with a steam production line, consisting of a steam generator, a superheater, with a check valve between them, and an engine cooling circuit connected to the steam generator rum jumper with control and non-return valves, including a steam-water pump-heater, a start-up bypass line with a pump and shut-off valves, while the steam production line is connected to the engine cooling system through the steam-water pump-heater, and the exhaust gas line first passes through the superheater, and then through the steam generator (RF patent No. 2164613 C1, F02G 1/043, F25B 9/14).

Известна автономная когенерационная энергоустановка, включающая в себя преобразователь прямого цикла (например, двигатель внутреннего сгорания или двигатель Стирлинга) с электрогенератором на одном валу, линии подачи топлива, теплообменник-утилизатор тепла отработанных газов двигателя, через который проходит магистраль отработанных газов двигателя, систему внешнего теплоснабжения с потребителями тепла, отличающаяся тем, что снабжена единым замкнутым контуром передачи тепла от двигателя к потребителям тепла, состоящим из линии подачи горячей воды к внешним потребителям тепла, проходящей через рубашку охлаждения двигателя, теплообменник-утилизатор тепла отработанных газов двигателя, единый циркуляционный насос, и линии возврата охлажденной воды, идущей от потребителей тепла к рубашке охлаждения двигателя, при этом линия возврата охлажденной воды связана с теплообменником-утилизатором перемычкой с регулирующим клапаном, а после перемычки перед двигателем на линии возврата установлен второй регулирующий клапан (патент РФ №2162534, F02G 5/02, F02G 1/043, F02B 65/00).A self-contained cogeneration power plant is known, which includes a direct cycle converter (for example, an internal combustion engine or a Stirling engine) with an electric generator on one shaft, a fuel supply line, an engine exhaust heat exchanger-heat exchanger through which the engine exhaust line passes, and an external heat supply system with heat consumers, characterized in that it is equipped with a single closed loop heat transfer from the engine to heat consumers, consisting of a hearth chi of hot water to external consumers of heat passing through the engine cooling jacket, an engine exhaust heat exchanger-heat exchanger, a single circulation pump, and chilled water return lines coming from heat consumers to the engine cooling jacket, while the chilled water return line is connected to the heat exchanger -the utilizer with a jumper with a control valve, and after the jumper in front of the engine, a second control valve is installed on the return line (RF patent No. 2162534, F02G 5/02, F02G 1/043, F02B 65/00).

Последние две установки отечественной разработки также работают на традиционном топливе, к тому же они имеют довольно сложную конструкцию, что требует квалифицированного обслуживания и поэтому создает определенные проблемы для рядовых пользователей.The last two plants of domestic design also run on traditional fuels, in addition, they have a rather complicated design, which requires qualified service and therefore creates certain problems for ordinary users.

Из всех известных энергоустановок с использованием возобновляемых энергоресурсов можно выделить СОЛНЕЧНУЮ МОДУЛЬНУЮ ЭНЕРГЕТИЧЕСКУЮ УСТАНОВКУ по патенту РФ №2032082, кл. F01K 13/00, 1995 г., которую можно принять за прототип. Здесь уместно привести ее Формулу изобретения:From all known power plants using renewable energy resources, it is possible to single out the SOLAR MODULAR POWER INSTALLATION according to the patent of the Russian Federation No. 2032082, cl. F01K 13/00, 1995, which can be taken as a prototype. Here it is appropriate to cite its claims:

«Солнечная модульная энергетическая установка, включающая последовательно соединенные в паросиловом контуре парогенератор с экономайзером, испарительной и пароперегревательной поверхностями теплообмена, турбину с генератором и конденсатором, а также систему подачи питательной воды с последовательно размещенными в ней регенеративным подогревателем низкого давления, дозатором и питательным насосом, при этом экономайзерная и испарительная поверхности теплообмена выполнены в виде параболоцилинрических модульных концентраторов, а пароперегревательная - с топливоподводом, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности и обеспечения автономного запуска, она дополнительно снабжена баком-сепаратором и подогревателем питательной воды, при этом последний выполнен в виде параболоцилиндрических модульных концентраторов с размещенными в них фотоэлектрическими преобразователями и подключен к системе подачи питательной воды параллельно подогревателю низкого давления, а бак-сепаратор размещен между испарительной и пароперегревательной поверхностями теплообмена и подключен входом к выходу из испарительной поверхности теплообмена, выходом по пару - к пароперегревательной поверхности теплообмена, а выходом по воде - к системе подачи питательной воды за деаэратором».“A solar modular power plant, including a steam generator with an economizer, evaporator and superheater heat exchange surfaces, a turbine with a generator and a condenser, as well as a feed water supply system with a low pressure regenerative heater, a metering device and a feed pump, in series the economizer and evaporative heat transfer surfaces are made in the form of parabolocilinar modular concentrators, and aro-superheater - with a fuel supply, characterized in that, in order to increase efficiency and ensure autonomous start-up, it is additionally equipped with a separator tank and a feed water heater, the latter being made in the form of parabolic cylindrical modular concentrators with photoelectric converters placed in them and connected to the feed system feed water parallel to the low-pressure heater, and a separator tank is placed between the evaporative and superheater surfaces of the heat exchanger and connected to the entrance to the exit of the evaporator heat transfer surface, a pair of output - to the superheater heat exchange surface, and the yield of the water - to a feed water system for deaerator ".

Уже из самой Формулы понятна вся сложность этой системы с солнечными концентраторами для генерации пара и работы фотоэлектрических преобразователей, теплообменниками, а в Описании упоминается и резервная система подачи топлива. И, наконец, в иллюстрации к нему приведена полная схема устройства с множеством сложных компонентов. Все это ставит под сомнение перспективность практической реализации такой установки, а отсутствие информации даже об ее опытных образцах за 20 лет со времени публикации изобретения только подтверждает это.Already from the Formula itself, the complexity of this system with solar concentrators for generating steam and the operation of photovoltaic converters, heat exchangers is clear, and the backup fuel supply system is also mentioned in the Description. And finally, the illustration to it shows a complete diagram of a device with many complex components. All this casts doubt on the prospects of the practical implementation of such an installation, and the lack of information even about its prototypes for 20 years since the publication of the invention only confirms this.

Задачей разработки микро-ТЭЦ предлагаемой конструкции является создание простой когенераторной установки, использующей возобновляемые источники энергии и работающей от ее накопителей - теплоаккумуляторов, позволяющих обеспечить стабильное комплексное энергоснабжение малых объектов самого различного назначения.The task of developing the micro-CHPP of the proposed design is to create a simple cogeneration unit using renewable energy sources and working from its storage devices - heat accumulators, which ensure stable integrated power supply of small objects of various purposes.

Эта задача решается тем, что с учетом свойств самых простых по устройству и практически не нуждающихся в обслуживании галечных теплоаккумуляторов сохранять температуру до 200 и более градусов, в качестве тепломеханического преобразователя разработана компактная паровая турбина с саморегулированием давления пара и частоты вращения в широком диапазоне нагрузок, с встроенным теплообменником и «безнасосным» устройством возврата конденсата в испарительную камеру. Одновременно использованы наиболее эффективные способы нагрева от ВИЭ теплоаккумулирующих материалов до требуемой температуры. Все это снимает потребность в традиционном топливе, предельно упрощает конструкцию установки, устраняет необходимость ее обслуживания квалифицированным персоналом, повышает надежность энергоснабжения и экономит средства на капитальные и эксплуатационные затраты.This problem is solved in that, taking into account the properties of the simplest in design and practically maintenance-free pebble heat accumulators, to keep the temperature up to 200 and more degrees, a compact steam turbine with self-regulation of steam pressure and speed in a wide load range, with built-in heat exchanger and a “pumpless” condensate return device to the evaporation chamber. At the same time, the most effective methods of heating from renewable energy sources of heat-accumulating materials to the required temperature were used. All this removes the need for traditional fuel, extremely simplifies the design of the installation, eliminates the need for its maintenance by qualified personnel, increases the reliability of energy supply and saves money on capital and operating costs.

Описание заявляемой микро-ТЭЦ поясняется иллюстрациями, где на фиг. 1 показан вариант комплексной установки для автономного энергоснабжения, на фиг. 2 - паросиловой блок микро-ТЭЦ в разрезе, на фиг. 3 изображено устройство возврата конденсата (разрез А-А этого блока, фиг. 2).The description of the claimed micro-CHP is illustrated by illustrations, where in FIG. 1 shows an embodiment of an integrated installation for autonomous power supply; FIG. 2 is a sectional view of a steam power block of a micro-CHP; in FIG. 3 shows a condensate return device (section AA of this block, FIG. 2).

Заявляемая микро-ТЭЦ представляет собой единый модуль, все элементы конструкции которого могут быть изготовлены в заводских условиях, что позволит освоить их массовое производство и облегчить монтаж на месте их установки. В таком варианте она представлена на фиг. 1. Корпус теплоаккумулятора 1 является одновременно основанием и ветротепловой установки (ВТУ) 2, и солнечного коллектора-нагревателя (СКН) 3. Внутри теплоаккумулятора в пространстве с максимальной температурой нагрева воздуха указанными первичными преобразователями расположен парогенератор 4 микро-ТЭЦ, состоящий из корпуса котла 5 (см. фиг. 2) с оребренной поверхностью, коническим либо сферическим днищем 6, буферной емкостью 7, пароперегревателем 8 в виде коаксиальной камеры между стенкой корпуса и внутренним теплоизолированным цилиндром 9, оснащенной кольцевым перепускным клапаном 10 (например, из кремнийорганического полимера). Котел 5 оснащен внешней теплоизолированной оболочкой 11 с рядом входных отверстий в ее верхней части и вентилятором 12 внизу. Над парогенератором 4 (вне теплоаккумулятора 1) расположен турбинный агрегат 13. Паровая турбина 14 оснащена датчиком 15 передаваемого крутящего момента (с конструкцией, например, сходной с известной предохранительной пружинно-кулачковой муфтой осевого типа), кинематически связанного с золотниковым устройством 16 в виде поворотного кольца с отверстиями и соосными с ними сопловыми элементами 17. Днище турбинного отсека также имеет коническую форму с кольцевым углублением в центральной части, где расположено «безнасосное» устройство возврата конденсата, сходное по конструкции с известным объемным дозатором. Оно состоит из кольца 18 с расположенными по окружности сквозными полостями и плотно прилегающими к нему торцевыми стенками со смещенными по кругу - верхними относительно нижних - отверстиями (см. фиг. 3). Это кольцо связано с турбиной 14 понижающей передачей (см. фиг. 2).The inventive micro-CHP is a single module, all of the structural elements of which can be manufactured in the factory, which will allow to master their mass production and facilitate installation at the place of installation. In such an embodiment, it is shown in FIG. 1. The case of the heat accumulator 1 is at the same time the base of both the wind thermal installation (VTU) 2 and the solar collector-heater (SKN) 3. Inside the heat accumulator, in the space with the maximum temperature for heating the air, the primary transducers contain a micro-CHP steam generator 4 consisting of a boiler body 5 (see Fig. 2) with a finned surface, a conical or spherical bottom 6, a buffer tank 7, a superheater 8 in the form of a coaxial chamber between the wall of the housing and the inner heat-insulated cylinder 9, equipped with an annular bypass valve 10 (for example, of organosilicon polymer). The boiler 5 is equipped with an external heat-insulated shell 11 with a number of inlets in its upper part and a fan 12 at the bottom. A turbine unit 13 is located above the steam generator 4 (outside the heat accumulator 1). The steam turbine 14 is equipped with a transmitted torque sensor 15 (with a structure, for example, similar to the known axial spring-cam clutch), kinematically connected to the spool device 16 in the form of a rotary ring with holes and nozzle elements coaxial with them 17. The bottom of the turbine compartment also has a conical shape with an annular recess in the central part where the “pump-less” return device is located condensate, similar in structure to a known volume dispenser. It consists of a ring 18 with through cavities located around the circumference and end walls tightly adjacent to it with openings displaced in a circle — upper relative to lower — (see Fig. 3). This ring is connected to the turbine 14 by a reduction gear (see FIG. 2).

К валу турбины может быть подсоединен вентилятор (насос) 19 теплообменного контура с теплообменником - кольцевой камерой вокруг стенки турбинного агрегата 13 (см. фиг. 2). Для улучшения теплообмена эта стенка может иметь внешнее оребрение, например, в виде спирали внутри кольцевой камеры теплообменника, как показано на фиг. 2.A fan (pump) 19 of the heat exchange circuit with a heat exchanger - an annular chamber around the wall of the turbine unit 13 (see Fig. 2) can be connected to the turbine shaft. To improve heat transfer, this wall may have an external fin, for example, in the form of a spiral inside the annular chamber of the heat exchanger, as shown in FIG. 2.

С валом также связан, например, ременной передачей электрический генератор 20. При необходимости более строгой стабилизации частоты вращения вала генератора вместо ременной передачи может быть использован один из известных вариаторов с автоматическим регулированием передаточного отношения.An electric generator 20 is also connected to the shaft, for example, by belt transmission. If necessary, a more rigorous stabilization of the generator shaft speed can be used instead of belt transmission, one of the known variators with automatic transmission ratio control can be used.

Предпочтительными вариантами ВТУ 2 в составе заявляемой микро-ТЭЦ представляются известные ветротурбины с вертикальным валом, на котором можно установить осевой вентилятор внутри теплоаккумулятора, как показано на фиг. 1.Preferred options for VTU 2 as part of the inventive micro-CHPP are known wind turbines with a vertical shaft on which an axial fan can be installed inside the heat accumulator, as shown in FIG. one.

Панели СКН 3, расположенные на освещаемых солнцем стенках теплоаккумулятора, выполнены из листового металла со светопоглощающей внешней поверхностью. Она имеет селективное покрытие и прозрачное теплоизолирующее ограждение. Панели могут быть оснащены расположенными над ними светоотражающими козырьками 21 с зеркальной нижней поверхностью, являющимися, к тому же, и защитой панелей от атмосферных осадков. Угол наклона козырьков должен обеспечивать максимальное дополнительное солнечное облучение панелей в зимний период.SKN 3 panels located on the walls of the heat accumulator illuminated by the sun are made of sheet metal with a light-absorbing external surface. It has a selective coating and a transparent insulating fence. The panels can be equipped with reflective visors 21 located above them with a mirrored lower surface, which, moreover, is the protection of the panels from atmospheric precipitation. The angle of the visors should provide maximum additional solar exposure of the panels in the winter.

Остальная поверхность теплоаккумулятора, кожух теплообменника на корпусе турбинного агрегата 13, а также трубопроводы теплообменного контура имеют термоизоляционное покрытие, например, известными органосиликатными составами «Силтэк», «Броня», «Корунд» и т.п.The remaining surface of the heat accumulator, the heat exchanger casing on the turbine unit body 13, as well as the pipelines of the heat exchange circuit are thermally insulated, for example, with the known organosilicate compounds Siltek, Bronya, Corundum, etc.

Для нормальной работы микро-ТЭЦ необходимо в верхней части внутреннего пространства теплоаккумулятора 1 иметь температуру воздуха не ниже 180°С. Такая температура создается ветротепловой установкой 2 и солнечным коллектором-нагревателем 3. При использовании экологически чистого воздухопроницаемого теплоаккумулирующего материала предельная температура его нагрева ограничивается только балансом между запасенным теплом, а также поступающим от первичных преобразователей энергии, и его расходом с учетом всех теплопотерь. При этом нагрев теплоаккумулирующего материала по всему его объему осуществляется принудительной - от ВТУ 2-й естественной - от СКН 3 - циркуляцией воздуха. Принудительная циркуляция нагревает материал, как в известной аэродинамической сушильной камере, только температура нагрева может намного превышать требуемую для испарения влаги, которой в теплоаккумуляторе 1 нет. А солнечные панели с их минимальными внешними теплопотерями только усилят при солнечном облучении этот нагрев. При наличии отражающих козырьков 21 этот эффект возрастает.For normal operation of the micro-CHP, it is necessary to have an air temperature of at least 180 ° C in the upper part of the internal space of the heat accumulator 1. This temperature is created by the wind-thermal installation 2 and the solar collector-heater 3. When using environmentally friendly breathable heat-accumulating material, the maximum temperature of its heating is limited only by the balance between the stored heat, as well as from the primary energy converters, and its consumption, taking into account all heat losses. In this case, heating of the heat-accumulating material throughout its entire volume is carried out by forced air circulation from VTU 2nd natural - from SKN 3. Forced circulation heats the material, as in the well-known aerodynamic drying chamber, only the heating temperature can far exceed the moisture required for evaporation, which is absent in the heat accumulator 1. And solar panels with their minimal external heat losses will only intensify this heating during solar irradiation. In the presence of reflective visors 21, this effect increases.

Такая «гибридная» система нагрева, использующая не единственный источник энергии, позволяет сократить перерывы в пополнении теплового ресурса аккумулятора, уменьшить его размеры при сохранении расчетной надежности энергоснабжения.Such a “hybrid” heating system that uses more than one energy source can reduce interruptions in replenishing the battery’s thermal resource and reduce its size while maintaining the calculated reliability of energy supply.

Ввод микро-ТЭЦ в рабочий режим производится включением вентилятора 12. Поток горячего воздуха нагревает стенки и днище 6 котла 5 до кипения воды - в ее строго определенном объеме, закрывающем только поверхность днища. Повышенным давлением образовавшегося пара часть жидкости перемещается в буферную емкость 7, сжимая в ней воздух до такого же давления. При этом уровень воды за ее пределами понижается и изменяющаяся площадь теплопередачи от днища 6 автоматически поддерживает этот баланс. По достижении минимального рабочего давления пара он, преодолевая силу обжима кольцевого клапана 10, проходит через отверстия внутреннего цилиндра 9 в пароперегреватель 8 и с увеличенной за счет его перегрева скоростью поступает в расположенные по кругу сопловые элементы 17. При этом в отсутствие нагрузки на генераторе 20 турбина 14 ускоренно набирает расчетные обороты. С появлением на ней возрастающей нагрузки ее втулка отжимает венец датчика 15, который через симметрично расположенные рычажные механизмы поворачивает кольцо золотникового устройства 16, увеличивая подачу пара в сопловые элементы 17. Таким образом, частота вращения турбинного вала поддерживается в заданных пределах.The micro-CHP is put into operation by turning on fan 12. A stream of hot air heats the walls and bottom 6 of boiler 5 to boiling water - in its strictly defined volume, covering only the bottom surface. The increased pressure of the formed vapor, part of the fluid moves into the buffer tank 7, compressing the air in it to the same pressure. At the same time, the water level outside it decreases and the changing heat transfer area from the bottom 6 automatically maintains this balance. Upon reaching the minimum working pressure of the steam, it, overcoming the crimping force of the annular valve 10, passes through the holes of the inner cylinder 9 into the superheater 8 and, with the speed increased due to its overheating, enters the nozzle elements 17 located in a circle. In this case, the turbine is not loaded 14 is rapidly gaining estimated speed. With the appearance of an increasing load on it, its sleeve squeezes the crown of the sensor 15, which, through symmetrically arranged lever mechanisms, rotates the ring of the spool device 16, increasing the steam supply to the nozzle elements 17. Thus, the speed of the turbine shaft is maintained within specified limits.

При оптимальном соотношении скорости на выходе из сопловых элементов 17 потока пара и окружной скорости лопаток турбины 14 он, передав им свою кинетическую энергию, с минимальной скоростью попадает на охлаждаемую теплообменником стенку, превращаясь в конденсат (см. выноску на фиг. 2), который стекает по ней и далее - по конической поверхности днища корпуса турбинного агрегата 13 - к устройству возврата конденсата. Здесь через отверстия он заполняет полости вращающегося с малой скоростью кольца 18, плотно закрытые в этот момент нижней стенкой, а в следующий момент, когда кольцо повернуто на некоторый угол и заполненные конденсатом полости оказывается плотно закрытыми сверху, они проходят над нижними отверстиями и конденсат стекает в котел 5 по стенке емкости 7, охлаждая ее и предотвращая кипение в ней жидкости, чем поддерживается там режимное давление воздуха. Следует добавить, что предельно короткий контур обращения рабочего тела в условиях замкнутого пространства котла 5 и турбинного агрегата 13 исключают его потери и, следовательно, устраняют необходимость постоянного контроля и пополнения его объема.With the optimal ratio of the speed at the exit of the nozzle elements 17 of the steam flow and the peripheral speed of the turbine blades 14, it transfers to it its kinetic energy and at a minimum speed falls on the wall cooled by the heat exchanger, turning into condensate (see the leader in Fig. 2), which drains along it and further along the conical surface of the bottom of the housing of the turbine unit 13 to the condensate return device. Here, through the holes, it fills the cavities of the low-speed rotating ring 18, tightly closed at that moment by the bottom wall, and at the next moment, when the ring is rotated at some angle and the condensate-filled cavities are tightly closed from above, they pass over the lower holes and the condensate flows the boiler 5 along the wall of the tank 7, cooling it and preventing the liquid from boiling in it, thereby maintaining the operating air pressure there. It should be added that the extremely short circuit of the circulation of the working fluid in a confined space of the boiler 5 and the turbine unit 13 eliminates its losses and, therefore, eliminates the need for constant monitoring and replenishment of its volume.

Теплообменник турбинного агрегата 13 передает «сбросное» тепло для обогрева помещений. При умеренной температуре наружного воздуха он может работать в открытом контуре, обеспечивая тем самым усиленную вентиляцию помещений. С похолоданием этот контур можно частично либо полностью замкнуть. А в особо холодную погоду (либо при пониженном расходе электроэнергии) можно добавлять тепло непосредственно от теплоаккумулятора 1. В летнее же время можно использовать тепло от теплообменника турбинного агрегата для других нужд (горячее водоснабжение, сушка материалов, продуктов, пользование сауной, бассейном и т.п.).The heat exchanger of the turbine unit 13 transfers the "waste" heat for space heating. At a moderate outdoor temperature, it can operate in an open circuit, thereby providing enhanced ventilation of the premises. With cooling, this circuit can be partially or completely closed. And in especially cold weather (or at reduced energy consumption), you can add heat directly from the heat accumulator 1. In the summer, you can use heat from the heat exchanger of the turbine unit for other needs (hot water supply, drying of materials, products, use of a sauna, pool, etc. P.).

Заявляемое устройство, представленное в описанном комплексе, отличается компактностью, простотой конструкции и удобством в эксплуатации, малым шумом как ветроустановки, так и турбины, полной экологической безопасностью, сравнительно низкими капитальными затратами. Все это должно обеспечить массовую востребованность таких установок в решении все более обостряющейся проблемы автономного энергообеспечения таких объектов, как индивидуальное жилье, мелкие сельскохозяйственные производства, промыслы, отдаленные оздоровительные учреждения или объекты экологического назначения и туризма, позволит решить жизненно важные инфраструктурные проблемы при освоении и заселении новых территорий, улучшит условия жизни в сохранившихся сельских поселениях.The inventive device, presented in the described complex, is compact, easy to design and easy to use, low noise of both a wind turbine and a turbine, complete environmental safety, relatively low capital costs. All this should ensure the mass demand for such installations in solving the increasingly acute problem of autonomous energy supply of such facilities as individual housing, small-scale agricultural production, crafts, remote health facilities or environmental facilities and tourism, and will solve vital infrastructure problems in the development and settlement of new territories will improve living conditions in preserved rural settlements.

Claims (1)

Микротеплоэлектроцентраль, работающая на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ), имеющая парогенератор, выполненный в виде парового котла и пароперегревателя, паровую турбину, электрический генератор, устройство возврата конденсата и теплообменник, отличающаяся тем, что паровой котел и пароперегреватель имеют в качестве источника энергии теплоаккумулятор с тепловым ресурсом от ВИЭ, паровой котел снабжен коническим либо сферическим днищем и буферной емкостью, паровая турбина оснащена системой поддержания частоты вращения в заданных пределах, включающей датчик крутящего момента и кинематически связанное с ним золотниковое устройство сопловых элементов; устройство возврата конденсата выполнено в виде объемного дозатора, а теплообменник конструктивно объединен с корпусом турбинного агрегата.A microthermal electric center operating on renewable energy sources (RES), having a steam generator made in the form of a steam boiler and superheater, a steam turbine, an electric generator, a condensate return device and a heat exchanger, characterized in that the steam boiler and the superheater have a heat accumulator with a heat source as an energy source resource from renewable energy sources, the steam boiler is equipped with a conical or spherical bottom and a buffer tank, the steam turbine is equipped with a system for maintaining the speed at a given Within consisting torque sensor and kinematically associated nozzle device the spool element; the condensate return device is made in the form of a volumetric dispenser, and the heat exchanger is structurally integrated with the turbine unit housing.
RU2016105174A 2016-02-16 2016-02-16 Micro-cogeneration unit operating on renewable energy sources RU2608448C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016105174A RU2608448C1 (en) 2016-02-16 2016-02-16 Micro-cogeneration unit operating on renewable energy sources

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016105174A RU2608448C1 (en) 2016-02-16 2016-02-16 Micro-cogeneration unit operating on renewable energy sources

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2608448C1 true RU2608448C1 (en) 2017-01-18

Family

ID=58455941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016105174A RU2608448C1 (en) 2016-02-16 2016-02-16 Micro-cogeneration unit operating on renewable energy sources

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2608448C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2811902C1 (en) * 2023-10-16 2024-01-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Cogeneration power plant

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4010378A (en) * 1974-12-20 1977-03-01 General Electric Company Integrated electric generating and space conditioning system
SU1728577A1 (en) * 1990-05-28 1992-04-23 Саратовский политехнический институт Boiler unit of heat-electric generating plant
RU2032082C1 (en) * 1990-02-23 1995-03-27 Товарищество с ограниченной ответственностью "Ди Си Ди" Modular solar-electric plant
RU2162534C1 (en) * 1999-09-30 2001-01-27 Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского Off-line cogeneration power plant
RU2298666C2 (en) * 2001-08-10 2007-05-10 Энерджетикс Майкропауэр Лимитед Microsystem for producing heat and power
RU2532639C2 (en) * 2012-08-01 2014-11-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Mini district heating plant to balance load schedule in electric mains

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4010378A (en) * 1974-12-20 1977-03-01 General Electric Company Integrated electric generating and space conditioning system
RU2032082C1 (en) * 1990-02-23 1995-03-27 Товарищество с ограниченной ответственностью "Ди Си Ди" Modular solar-electric plant
SU1728577A1 (en) * 1990-05-28 1992-04-23 Саратовский политехнический институт Boiler unit of heat-electric generating plant
RU2162534C1 (en) * 1999-09-30 2001-01-27 Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского Off-line cogeneration power plant
RU2298666C2 (en) * 2001-08-10 2007-05-10 Энерджетикс Майкропауэр Лимитед Microsystem for producing heat and power
RU2532639C2 (en) * 2012-08-01 2014-11-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Mini district heating plant to balance load schedule in electric mains

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2811902C1 (en) * 2023-10-16 2024-01-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Cogeneration power plant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200332681A1 (en) Gas turbine plant and operation method therefor
Basrawi et al. Theoretical analysis of performance of a micro gas turbine co/trigeneration system for residential buildings in a tropical region
CN107940789B (en) A combined cooling, heating and power generation system based on movable solar collectors
Guler et al. Performance evaluation of a geothermal and solar-based multigeneration system and comparison with alternative case studies: energy, exergy, and exergoeconomic aspects
CN104728820B (en) Heat pump electricity steam water boiler
Gao et al. Performance of S-CO 2 Brayton cycle and organic Rankine cycle (ORC) combined system considering the diurnal distribution of solar radiation
CN101846046A (en) Water motor
CN204877712U (en) Waste heat cascade utilization device among distributing type energy system
Hendrawan et al. Calculation of power pumps on otec power plant ocean (ocean thermal energy conversion)
CN104713057A (en) Heat pump electric steam boiler
CN102373998B (en) A combined domestic hot water-electricity supply system and method combining fossil fuels and geothermal energy
RU2608448C1 (en) Micro-cogeneration unit operating on renewable energy sources
CN212362562U (en) Cold storage system
Wang et al. Flexible PVT-ORC hybrid solar-biomass cogeneration systems: The case study of the University Sports Centre in Bari, Italy
US20130312415A1 (en) Method for converting of warmth environment into mechanical energy and electricity
JP2013224648A (en) Buoyant rotating device
WO2020107915A1 (en) Machine with costless consumable but capable of outputting energy
CN207760377U (en) Converter gas diffusion tower system
CN201277065Y (en) Biomass generator
US20190003341A1 (en) Hybrid energy system
CN205717495U (en) Grange winter heating system
CN204100358U (en) A kind of combustion motor high-temperature tail gas carries out storing treatable device
RU91117U1 (en) DEVICE FOR INDEPENDENT ELECTRICAL AND HEAT SUPPLY OF PREMISES
CN204806706U (en) Solar thermal energy generating set
CN104929707B (en) Power station exhaust steam latent heat and exhaust smoke waste heat combined generating system and optimizing running method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180217