WO2010140995A1 - Multi-purpose power module - Google Patents
Multi-purpose power module Download PDFInfo
- Publication number
- WO2010140995A1 WO2010140995A1 PCT/UA2010/000016 UA2010000016W WO2010140995A1 WO 2010140995 A1 WO2010140995 A1 WO 2010140995A1 UA 2010000016 W UA2010000016 W UA 2010000016W WO 2010140995 A1 WO2010140995 A1 WO 2010140995A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- heat
- cryogenic refrigerator
- cryogenic
- power module
- machine
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
Definitions
- the invention relates to a power system, namely, to combined systems for cooling and heating, and can be used as an autonomous power plant for the simultaneous production of heat and cold.
- the main disadvantage of the installation is that due to imperfect heat exchange in the heat exchangers, cold and heat production are reduced. Also, in the air heating mode, the heat energy of a high-potential coolant is used
- the disadvantages of the described construction include: the inability to increase the conversion coefficient of the heat pump; duplication of one operation by different devices; Unreasonable complexity of the device.
- the temperature to which the coolant is heated is not enough to use for heating, for example, water.
- the residual heat that the heat carrier of the heat pump circuit has after heat transfer to the heating circuit is irretrievably lost during throttling.
- the cryogenic Stirling machine operates in a reverse cycle. It includes the drive of the working piston and displacer located in the common cylinder. Heat is removed from the air supplied from the outside in the condenser, after which the liquefied air enters the Dewar vessel. Heat, as a by-product of a cryogenic machine, is discharged into the environment by a circulation pump through a heat exchanger through a heat exchanger. Moreover, the amount of heat exceeds the power consumption. This drawback eliminates the technical solution submitted for registration.
- the objective of the invention is aimed at providing heat to industry and utilities by utilizing heat from a cryogenic machine.
- the problem is solved due to the fact that in the universal power module, which includes a cryogenic machine, in accordance with the invention, the cryogenic machine is additionally equipped with a heat pump, which has a common heat exchanger with the cryogenic machine.
- FIG. 1 provides a schematic view of an energy module.
- the universal energy module contains, for example, a cryogenic Stirling machine 1 operating in the reverse cycle, which also includes a condenser 4 and a heat exchanger 5, which is common for cryogenic machine 1 and heat pump 6, which is additionally equipped with cryogenic machine 1.
- the device has load heat exchanger 7.
- Universal power module works as follows. When the shaft 2 rotates (from an electric motor, a wind turbine, etc.), cold enters the consumer through line 3 of the capacitor 4. The heat taken from the cryogenic machine 1 is fed to a heat exchanger 5, from which it enters the load heat exchanger 7 and further to the consumer line 8.
- the power of electric motors of one workshop of the refrigeration plant is 2 MW.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
The invention relates to heat power engineering, in particular to combined cooling and heating systems, and can be used as a self-contained power apparatus for simultaneously producing heat and cold. The essence of the invention is that in a multi-purpose power module comprising a cryogenic refrigerator, the cryogenic refrigerator is additionally provided with a heat pump which shares a heat exchanger with the cryogenic refrigerator. The technical effect is that heat energy can be supplied to the industrial and domestic sectors through the use of heat from a cryogenic refrigerator without the production of harmful emissions.
Description
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЭНЕРГОМОДУЛЬ UNIVERSAL POWER MODULE
Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно - к комбинированным системам для охлаждения и нагревания, и может применяться в качестве автономной энергоустановки для одновременного производства тепла и холода.The invention relates to a power system, namely, to combined systems for cooling and heating, and can be used as an autonomous power plant for the simultaneous production of heat and cold.
Известная воздушная холодильно-нагревательная установка, включающая компрессор, детандер и включенные между ними по каналу подачи сжатого воздуха основной и дополнительный воздушные теплообменники. Причем основной теплообменник по каналу подачи атмосферного воздуха соединен с вентилятором, а дополнительный - к контуру охлаждения масла [см. авт.свид. СССР Jfe 606049, МIЖ3 F25B 29/00, опубл. 1978 г., бюл. Ш щ.Known air cooling and heating installation, including a compressor, an expander and included between them through the compressed air supply channel, the main and additional air heat exchangers. Moreover, the main heat exchanger is connected to the fan through the atmospheric air supply channel, and the additional one to the oil cooling circuit [see autosvid. USSR Jfe 606049, MIJ 3 F25B 29/00, publ. 1978, bull. W shch
Основной недостаток установки заключается в том, что из-за несовершенного теплообмена в теплообменниках снижается холодо- и тешiопродуктивность. Также в режиме нагревания воздуха используется тепловая энергия высокопотенциального теплоносителяThe main disadvantage of the installation is that due to imperfect heat exchange in the heat exchangers, cold and heat production are reduced. Also, in the air heating mode, the heat energy of a high-potential coolant is used
(масла).(oil).
В патенте Российской Федерации Ш 2213306 (МПК F25B 30/00, опубл. 27.09.2003] предложена децентрализованная система теплоснабжения с помощью теплового насоса, осуществляющего нагревание рабочего тела путем подвода тепла из окружающей среды, его всасывания со следующим сжатием в компрессоре и повышением температуры, отвод тепла к потребителю.
Однако максимальный отопительный коэффициент достигается лишь в случае, когда окружающая среда, как источник тепла, имеет постоянную температуру. Поэтому такой насос имеет низкую эффективность. Также известен многофункциональный тепловой насос по патенту Украины [Xa 20778, МПК F24D 19/00, опубл. 15.02.2007], включающий компрессор для перекачивания рабочего тела, три теплообменника, конденсатор, испаритель, устройство управления, фильтры и трубопроводы. При этом функционально выделены конденсатор-подогреватель и испаритель-охладитель рабочего тела.In the patent of the Russian Federation Ш 2213306 (IPC F25B 30/00, published September 27, 2003], a decentralized heat supply system is proposed using a heat pump that heats the working fluid by supplying heat from the environment, its absorption with the following compression in the compressor and temperature increase, heat removal to the consumer. However, the maximum heating coefficient is achieved only when the environment, as a heat source, has a constant temperature. Therefore, such a pump has a low efficiency. Also known multifunctional heat pump according to the patent of Ukraine [Xa 20778, IPC F24D 19/00, publ. 02.15.2007], including a compressor for pumping the working fluid, three heat exchangers, a condenser, an evaporator, a control device, filters and pipelines. In this case, the condenser-heater and the evaporator-cooler of the working fluid are functionally allocated.
К недостаткам описанной конструкции следует отнести: невозможность повышения коэффициента превращения теплового насоса; дублирование одной операции разными устройствами; неоправданная сложность устройства. Температуры, до которой нагревается теплоноситель, недостаточно для использования для подогрева, например, воды. Остаточное тепло, которое имеет теплоноситель контура теплового насоса после передачи тепла контуру отопления, безвозвратно теряется во время дросселирования. Кроме того, невозможно возобновлять и поддерживать в рабочем состоянии источник низкопотенциального тепла.The disadvantages of the described construction include: the inability to increase the conversion coefficient of the heat pump; duplication of one operation by different devices; Unreasonable complexity of the device. The temperature to which the coolant is heated is not enough to use for heating, for example, water. The residual heat that the heat carrier of the heat pump circuit has after heat transfer to the heating circuit is irretrievably lost during throttling. In addition, it is impossible to renew and maintain a source of low-grade heat.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков и технической сущности к заявляемому решению является криогенная машина Стерлинга, представленная в патенте Российской Федерации JVs 2166711, МПК7 F25B 9/14, опубл. 10.05.2001 г., выбранная автором в качестве прототипа.
Криогенная машина Стирлинга работает по обратному циклу. В ее состав входят привод рабочего поршня и вытеснителя, расположенных в общем цилиндре. Отвод тепла от воздуха, поступающего извне, осуществляется в конденсаторе, после чего сжиженный воздух поступает в сосуд Дьюара. Тепло, как побочный продукт криогенной машины, с помощью холодильника циркуляционньм насосом через теплообменник сбрасывают в окружающую среду. Причем количество тепла превышает мощность потребления. Этот недостаток устраняет техническое решение, подаваемое к регистрации.Closest to the combination of essential features and technical nature of the claimed solution is the cryogenic Sterling machine, presented in the patent of the Russian Federation JVs 2166711, IPC 7 F25B 9/14, publ. 05/10/2001, selected by the author as a prototype. The cryogenic Stirling machine operates in a reverse cycle. It includes the drive of the working piston and displacer located in the common cylinder. Heat is removed from the air supplied from the outside in the condenser, after which the liquefied air enters the Dewar vessel. Heat, as a by-product of a cryogenic machine, is discharged into the environment by a circulation pump through a heat exchanger through a heat exchanger. Moreover, the amount of heat exceeds the power consumption. This drawback eliminates the technical solution submitted for registration.
Задача изобретения направлена на обеспечение теплом промышленности и коммунального хозяйства путем утилизации тепла от криогенной машины.The objective of the invention is aimed at providing heat to industry and utilities by utilizing heat from a cryogenic machine.
Поставленная задача решается за счет того, что в универсальном энергомодуле, в состав которого входит криогенная машина, в соответствии с изобретением, криогенная машина дополнительно оснащена тепловым насосом, который имеет с криогенной машиной общий теплообменник.The problem is solved due to the fact that in the universal power module, which includes a cryogenic machine, in accordance with the invention, the cryogenic machine is additionally equipped with a heat pump, which has a common heat exchanger with the cryogenic machine.
За счет объединения в энергомодуль криогенной машины и теплового насоса через общий теплообменник-регенератор получено качественно новое устройство, дающее возможность утилизировать неиспользованное тепло криогенной машины. Следует отметить также, что любую криогенную машину можно объединить с тепловыми насосами разных систем. На фиг.1 предоставлен схематический вид энергомодуля.
Универсальный энергомодуль содержит, например, криогенную машину Стирлинга 1, работающую по обратному циклу, в состав которого также входят конденсатор 4 и теплообменник 5, являющийся общим для криогенной машины 1 и теплового насоса 6, которым дополнительно оснащенная криогенная машина 1. Кроме того, устройство имеет теплообменник нагрузки 7.By combining a cryogenic machine and a heat pump into a power module through a common heat exchanger-regenerator, a qualitatively new device is obtained that makes it possible to utilize the unused heat of the cryogenic machine. It should also be noted that any cryogenic machine can be combined with heat pumps of different systems. Figure 1 provides a schematic view of an energy module. The universal energy module contains, for example, a cryogenic Stirling machine 1 operating in the reverse cycle, which also includes a condenser 4 and a heat exchanger 5, which is common for cryogenic machine 1 and heat pump 6, which is additionally equipped with cryogenic machine 1. In addition, the device has load heat exchanger 7.
Универсальный энергомодуль работает следующим образом. При вращении вала 2 (от электродвигателя, ветряка и др.) по линии 3 конденсатора 4 к потребителю поступает холод. Тепло, взятое от криогенной машины 1, подают на теплообменник 5, из которого оно поступает в теплообменник нагрузки 7 и дальше в магистраль 8 к потребителю.Universal power module works as follows. When the shaft 2 rotates (from an electric motor, a wind turbine, etc.), cold enters the consumer through line 3 of the capacitor 4. The heat taken from the cryogenic machine 1 is fed to a heat exchanger 5, from which it enters the load heat exchanger 7 and further to the consumer line 8.
Пример конкретного выполнения:An example of a specific implementation:
Мощность электродвигателей одного цеха хладокомбината равняется 2 МВт. Температура охлаждения toxл = - 400C (Toxл = 233°K), tmiп = +700C (Tmin = 343°K) - температура избыточной тепловой энергии, которую сбрасывают в окружающую среду. При этих показателях температуры холодильный и тепловой коэффициенты равняются:
The power of electric motors of one workshop of the refrigeration plant is 2 MW. The cooling temperature t oxl = - 40 0 C (T oxl = 233 ° K), t m i p = +70 0 C (T min = 343 ° K) is the temperature of the excess heat energy that is discharged into the environment. With these temperature indicators, the refrigeration and thermal coefficients are equal to:
К .кр.м^WСТ^ЛU^ 343/(343-233)=3,12, где:To. cr m ^ WST ^ LU ^ 343 / (343-233) = 3.12, where:
К χкp.мaш - холодильный коэффициент криогенной машины, К ткр.маш - тепловой коэффициент криогенной машины. Таким образом холодильная энергия (Pxoл ) составляет:For χ to p.mash - coefficient of performance of the cryogenic machine for TK r.ma w - thermal coefficient of cryogenic machine. Thus, the refrigeration energy (P xol ) is:
Pxoл= 2 МВт * К x KP^ = 4,24 МВт.
Избыточная тепловая энергия (Pтешi), которая сбрасывается (при tшiа = +700C) составляет : Pтепл= 2 МВт * К т K1,.^ = 6,24 МВт.P xol = 2 MW * K x KP ^ = 4.24 MW. Excessive thermal energy (P tech ), which is discharged (at t w i a = +70 0 C) is: P heat = 2 MW * K t K1 ,. ^ = 6.24 MW.
Если это количество тепловой энергии забираем с помощью теплового насоса и отдаем потребителю tmax = +1000C (T max =373°K), ТО Kx тепл.нacoca ~ ХОЛОДИЛЬНЫЙ И Kτ тепл.нacoca — ТβШЕОВОЙ КОЭффиЦИβНТЫ теплового насоса равняются:If we take this amount of heat energy with the help of a heat pump and give it to the consumer t max = +100 0 C (T max = 373 ° K), THEN K x heat.nacoca ~ REFRIGERATED AND K τ heat l.nacoca - T β NECK COEFFICIENCY β NTU heat pump equal:
Kxтешi.нacoca = Tmщ / (Tmax - T1nJn) = 343/(373-343)= 11,43, "T тепл.насоса *max '
\*max " -*-mщ) l-i^j.K xthesi .n ac oca = T m n / / (T max - T 1nJn ) = 343 / (373-343) = 11.43, 'T heat pump * max' \ * max "- * - msc) li ^ j .
Мопщость двигателя Рдв теплового насоса: Pда = Pтепл / Kxтепл.нacoca = 6,24 МВт / 11,43 = 0,55 МВт,Mopschost dd engine heat pump P: P = P yes warm / K xtepl .nacoca MW = 6.24 / 11.43 = 0.55 MW
Количество тепловой энергии Pтепл Пoтpeб> которую отдаем с помощью теплового насоса потребителю при Im3x = +1000C составляет:The amount of thermal energy P heat Consumption> which we give through the heat pump to the consumer at I m3x = +100 0 C is:
Ртеплпшреб = Pда * Kттеiш.нacoca = 0,55 МВт * 12,43 = 6,78 МВт. Таким образом, конструктивное объединение в заявленном решении криогенной машины и теплового насоса с помощью теплообменника позволяет использовать избыток тепловой энергии криогенной машины и значительно улучшить показатели работы теплового насоса энергомодуля. Кроме того, обеспечение теплом осуществляется без сжигания природного газа и поэтому отсутствующие выбросы диоксида углерода в окружающую среду, что полностью удовлетворяет требованиям Женевской конвенции из защиты озонового слоя Земли.
P teplshreb = P yes * K tteish . nacoca = 0.55 MW * 12.43 = 6.78 MW. Thus, the constructive combination in the claimed solution of the cryogenic machine and the heat pump using a heat exchanger allows you to use the excess heat of the cryogenic machine and significantly improve the performance of the heat pump of the energy module. In addition, the provision of heat is carried out without burning natural gas and therefore the absence of carbon dioxide emissions into the environment, which fully meets the requirements of the Geneva Convention from the protection of the ozone layer of the Earth.
Claims
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
Универсальный энергомодуль, в состав которого входит криогенная машина, отличающийся тем, что криогенная машина дополнительно оснащена тепловым насосом, который имеет р криогенной машиной общий теплообменник.
A universal energy module, which includes a cryogenic machine, characterized in that the cryogenic machine is additionally equipped with a heat pump, which has a common heat exchanger with a cryogenic machine.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UA200905698 | 2009-06-04 | ||
UAA200905698 | 2009-06-04 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2010140995A1 true WO2010140995A1 (en) | 2010-12-09 |
Family
ID=43297969
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/UA2010/000016 WO2010140995A1 (en) | 2009-06-04 | 2010-04-06 | Multi-purpose power module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
WO (1) | WO2010140995A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2159397C1 (en) * | 1999-05-19 | 2000-11-20 | Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского | Self-contained thermorefrigerating unit |
RU2159904C1 (en) * | 1999-05-19 | 2000-11-27 | Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского | Combined self-contained thermal refrigerating system |
JP2008309463A (en) * | 2007-05-16 | 2008-12-25 | Earth Clean Tohoku:Kk | Method for utilizing exhaust heat of showcase refrigerator of food supermarket for heat pump desiccant air conditioner |
-
2010
- 2010-04-06 WO PCT/UA2010/000016 patent/WO2010140995A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2159397C1 (en) * | 1999-05-19 | 2000-11-20 | Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского | Self-contained thermorefrigerating unit |
RU2159904C1 (en) * | 1999-05-19 | 2000-11-27 | Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского | Combined self-contained thermal refrigerating system |
JP2008309463A (en) * | 2007-05-16 | 2008-12-25 | Earth Clean Tohoku:Kk | Method for utilizing exhaust heat of showcase refrigerator of food supermarket for heat pump desiccant air conditioner |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20180156506A1 (en) | Integrated Power, Cooling, and Heating Device and Method Thereof | |
CN103443438B (en) | The air-breathing cooling unit of fixing internal-combustion engine | |
RU2399781C1 (en) | Combined electric energy, heat and cold generation method | |
CN102563987A (en) | Vapor-compression refrigerating plant driven by organic Rankine cycle and method | |
JP7048490B2 (en) | Thermodynamic boiler with heat compressor | |
CN102226598A (en) | Air-cooled water chiller unit capable of switching natural cold source | |
CN104235988A (en) | Centrifugal air conditioning unit using water as refrigerant and operation method | |
CN106403371B (en) | First-class thermally-driven compression heat pump | |
CN105004095A (en) | Compound heat pump system for co-production by adopting trans-critical circle and two-stage absorption type heat pump cycle | |
CN102136778A (en) | Generator and heat pump compound device | |
CN202501677U (en) | Steam compression refrigeration device driven by organic Rankine cycle | |
CN102147135A (en) | Lithium bromide absorption type water chilling unit for direct cooling type cold-blast air evaporator | |
CN102367747A (en) | Novel air energy isothermal engine | |
WO2010140995A1 (en) | Multi-purpose power module | |
CN202360158U (en) | Novel air energy isothermal engine | |
JP4152140B2 (en) | Waste heat absorption refrigerator | |
CN202083149U (en) | Air-cooled water chilling unit capable of switching natural cold source | |
CN204154009U (en) | Centrifugal air conditioning unit using water as refrigerant | |
WO2012064208A1 (en) | Method for converting low temperature thermal energy into high temperature thermal energy and mechanical energy and a heat pump device for such conversion | |
CN2698989Y (en) | Modularized combined heating, cooling and power production system device with minisize gas turbine | |
CN202393086U (en) | Thermodynamic vortex cold and hot water unit | |
CN117847830B (en) | High-efficiency low-cost low-temperature heat energy driven water chilling unit | |
RU2304725C1 (en) | Gas turbine device | |
JP2002188438A (en) | Power recovery system | |
RU2457352C1 (en) | Combined electric energy, heat and cold generation method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 10783682 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 10783682 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |