Эжекторный газовый теплоэлектрогенератор


F23B30/00 - Устройства для сжигания твердого топлива (для одновременного или попеременного сжигания кускового с другим видом топлива F23C 1/00; устройства для сжигания в псевдоожиженном слое F23C 10/00; сжигание низкосортного топлива и мусора F23G; колосниковые решетки F23H; подача твердого топлива в устройства для сжигания F23K; конструктивные элементы камер сгорания, не отнесенные к другим подклассам F23M; бытовые отопительные устройства F24; котлы центрального отопления F24D; автономные компактные котлы F24H)

Владельцы патента RU 2670856:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) (RU)

Изобретение относится к энергетике, а именно к системам генерации тепла для систем отопления и электроэнергии. В результате применения изобретения происходит прямое использование тепловой энергии продуктов сгорания топлива при одновременном получении тепла и электроэнергии за счет формирования смешанного потока продуктов сгорания и воздуха в камере смешения эжектора, который на выходе из эжектора имеет давление выше, чем давление воздуха на входе в эжектор. Смешанный поток продуктов сгорания и воздуха используется для работы турбины, которая служит приводом компрессора и генератора, а также идет на отопление. Газовый теплоэлектрогенератор содержит газовую горелку с вентилятором, эжектор с камерой смешения, турбину, воздушный компрессор, воздуховод для подачи воздуха от компрессора к эжектору, электрический генератор, воздуховод для подачи теплого воздуха в отапливаемые помещения. За счет экономии энергии сгораемого топлива на привод компрессора повышается электрический КПД генератора. Воздушный компрессор и электрический генератор имеют общий вал с турбиной. Изобретение должно обеспечить повышение электрического КПД теплоэлектрогенератора, перенос тепла в отапливаемые помещения и уменьшение загрязнения окружающей среды продуктами сгорания. 1 ил.

 

Изобретение относится к энергетике, а именно к системам генерации тепла и электроэнергии.

Обогрев помещений в стране из-за условий нашего климата всегда находился на первом месте. В различное время для этих целей применялись самые разнообразные устройства - от печки до калорифера. У каждого из них имелся один большой недостаток - низкая мощность и, как следствие, большой промежуток времени, необходимый для достижения комфортной температуры в отапливаемом помещении. Именно это привело к быстрому росту потребности такого вида обогревателя, как тепловая пушка.

Появление первых тепловых пушек на дизельном и газовом топливе с теплообменниками и вентиляторами для подачи тепла в дома и большие помещения сразу сделано их популярными, так как далеко не все постройки имеют централизованное отопление, и еще из-за мобильности и эффективности этих обогревателей. Все эти причины сформировали стабильный, увеличивающийся с каждым годом спрос.

Однако, указанные устройства генерируют только тепло и не генерируют электроэнергию. Использование тепловой пушки также для получения электроэнергии расширит ассортимент тепловой техники и еще более увеличит спрос на такие генераторы.

Одновременное получение тепла и электроэнергии от газовой тепловой пушки и превращения ее в когенератор является весьма актуальной задачей автономной малой энергетики.

Наиболее близким, по технической сущности к предлагаемому изобретению является когенерационная микротурбина на газе и жидком топливе, которая, помимо тепла, также генерируют электроэнергию. [www.bpcenergy.ru/equipment/capstone/, www.manbw.ru/analitycs/capstone.html].

Недостатком известной микротурбины является то, что она имеет электрический КПД преобразования тепла менее 30%.. Недостатками известного устройства являются также высокие затраты на энергоносители, низкая эффективность, загрязнение окружающей среды продуктами сгорания.

КПД микротурбин достигается за счет использования рекуператора тепла отходящих газов и без рекуператора не может иметь приемлемое значение, поэтому микротурбинные установки без рекуператоров не применяются. Отвод тепловой энергии от сгораемого топлива к воздуху в микротурбинах происходит через теплообменник с последующим нагнетанием теплого воздуха в отапливаемое помещение.

Задачей предлагаемого изобретения является достижение автономности работы, экономия жидкого топлива (дизельного, керосина) и уменьшение загрязнения окружающей среды продуктами сгорания за счет замены жидкого топлива более экологически чистым и дешевым газовым топливом и более эффективного использования топлива.

В результате применения предлагаемого изобретения происходит прямое использование тепловой энергии отходящих продуктов внешнего сгорания топлива при одновременном получении тепла и электроэнергии за счет формирования смешанного потока из продуктов сгорания газа и воздуха в камере смешения эжектора., который используется для работы турбины и идет на отопление.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый эжекторный газовый теплоэлектрогенератор (ЭТЭГ), состоящий из газовой горелки с вентилятором, воздуховодов, согласно изобретению, содержит турбину, воздушный компрессор, электрический генератор, эжектор, выполненный с камерой смешения для формирования смешанного потока продуктов сгорания топлива с воздухом, который поступает в камеру смешения по воздуховоду от компрессора, при этом получаемая в камере смешения эжектора горячая газо-воздушная смесь используется для работы турбины, которая служит для привода находящихся с ней на одном валу воздушного компрессора и электрического генератора и для переноса тепла в отапливаемые помещения.

В ЭТЭГ на базе газовой тепловой пушки предусмотрено использование компрессора, турбины и эжектора для создания разрежения в горелке, а также для смешивания продуктов внешнего сгорания топлива с воздухом. Целью создания разрежения в горелке является подсос воздуха из окружающей среды для горения газа. Целью смешивания продуктов сгорания топлива с воздухом в эжекторе является обеспечение работы турбины на получаемой горячей газо-воздушной смеси и обеспечение теплом отапливаемых помещений.

В этом состоит отличие ЭТЭГ с внешним сгоранием топлива от микротурбины, в которой сгорание топлива производится в камере сгорания, в предварительно сжатом воздухе, а получение полезной работы происходит при расширении продуктов сгорания в турбине.

При разработке эжекторного теплоэлектрогенератора предлагается использовать простой газовый нагреватель воздуха прямого действия, т.е. не имеющий теплообменника. Такие устройства безопасны, количество выделяемых ими вредных веществ такое же, как и у обычной газовой плиты.

Принцип действия эжектора основан на преобразовании потенциальной энергии давления рабочего потока в кинетическую энергию, передаче части кинетической энергии от рабочего потока к эжектируемому потоку при смешении потоков и дальнейшем преобразовании кинетической энергии потока смеси в потенциальную энергию давления.

Обычно давление смешанного потока на выходе из струйного аппарата (эжектора) выше давления эжектируемого потока перед аппаратом, но ниже давления рабочего потока.

В ЭТЭГ подвод тепловой энергии к рабочему телу для турбины производится путем смешивания продуктов сгорания топлива с воздухом в камере смешения эжектора. Горячая газо-воздушная смесь после сжатия в диффузоре эжектора направляется на лопатки турбины, в которой получается механическая энергия в виде крутящего момента на валу для привода компрессора и электрического генератора. Компрессор служит для создания давления в воздушном потоке, движущемся с большей скоростью через сопло эжектора и создающего разрежение, необходимое для работы горелки после выхода ЭТЭГ на рабочий режим.

Помимо горячей газо-воздушной смеси в зону разрежения - камеру смешения эжектора через горелку поступает также атмосферный воздух, обладающий потенциальной энергией давления от гравитационного сжатия, уменьшая тем самым затраты энергии на подвод газо-воздушной смеси к турбине.

В ЭТЭГ потенциальная энергия окружающей среды и тепловая энергия смеси воздуха и продуктов сгорания топлива преобразуются в кинетическую энергию общего потока смеси, которая также используется для воздействия на лопатки турбины.

За счет экономии энергии на подачу воздуха для горения газа при атмосферном давлении и без применения дожимного компрессора получается повышенный КПД преобразования энергии топлива, чем в ГТД. В ГТД продукты сгорания получаются при постоянном давлении сгорания топлива, а для подачи в камеру сгорания воздуха используется компрессор для его предварительного сжатия с немалой затратой (до 70%) энергии турбины согласно термодинамическому циклу Брайтона. В итоге, на получение газо-воздушной смеси в ЭТЭГ затрачивается меньше энергии, чем расходуется энергии турбины на работу воздушного и дожимного газового компрессоров в ГТД, что ведет к повышению общего КПД ЭТЭГ.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором представлена общая схема эжекторного газового теплоэлектрогенератора.

Теплоэлектрогенератор содержит газовую горелку 1 с вентилятором 2, эжектор 3 с камерой смешения 4, турбину 5, воздушный компрессор 6, воздуховод 7 для подачи воздуха от компрессора 6 к эжектору 3, электрический генератор 8. Воздушный компрессор 6 и электрический генератор 8 имеют общий вал с турбиной 5, имеется воздуховод 9 для подачи теплого воздуха в отапливаемые помещения.

Работает эжекторный газовый теплоэлектрогенератор следующим образом.

Перед розжигом газовой горелки 1 запускается вентилятор 2, воздух проходит через горелку 1 и поступает на турбину 5, которая раскручивается вместе с компрессором 4 и генератором 8. Воздух от компрессора 4 подается по воздуховоду 7 в сопло эжектора 3, которое создает разрежение в камере смешения 4 и самой горелке 1, увеличивая поток воздуха через горелку 1. Затем в горелку 1 подается и поджигается топливо (газ) и начинается процесс горения с использованием на горение топлива воздушного подпора от вентилятора 2 и разрежения от эжектора. Продукты сгорания топлива с высокой температурой поступают от горелки 1 в камеру смешения 4 эжектора 3, в которой происходит смешивание продуктов сгорания с воздухом, проходящим через сопло эжектора 3. Рабочая смесь из воздуха и горячих продуктов сгорания с высоким теплосодержанием подается на турбину 5, мощность турбины 5, частота вращения турбины 5 с компрессором 6 и расход воздуха через сопло эжектора 3 увеличиваются. Разрежение в горелке 2 возрастает и поступающего из атмосферы воздуха становится достаточно для обеспечения автономного горения при полном сгорании топлива в горелке 1. Отходящая от эжектора горячая газо-воздушная смесь с большим содержанием чистого воздуха, совершает работу в турбине 5, которая осуществляет привод компрессора 6 и электрического генератора 8. После турбины 5 рабочая смесь расширяется и с пониженной температурой и остаточным давлением нагнетается по воздуховоду 9 в отапливаемые помещения. Электрический вентилятор 2 отключается. Теплоэлектрогенератор выходит на режим автономного поддержания работы.

В процессе работы предлагаемого эжекторного газового теплоэлектрогенератора происходит более эффективное использование тепловой энергии продуктов сгорании топлива при одновременном получении тепла и электроэнергии. Это достигается благодаря прохождению двух термодинамических процессов в работе эжектора 3, связанных с использованием воздуха окружающей среды. Основная часть воздуха поступающего из атмосферы, засасывается компрессором 6, сжимается и под давлением поступает в сопло эжектора 3, при истечении из которого создает разрежение в камере смешения 4 эжектора 3. Под воздействием разрежения в эжекторе 3 воздух также засасывается из окружающей атмосферы, проходя через горелку 1, и используется на горение топлива в горелке 1. Получаемые продукты сгорания топлива за счет разрежения засасываются в камеру смешения 4, смешиваются с воздухом, и горячая газо-воздушная смесь после эжектора поступает в турбину. Но, учитывая то, что атмосферный воздух обладает потенциальной энергией давления от гравитационного сжатия, он легко засасывается в горелку под одновременным воздействием разрежения в эжекторе 3 и давления окружающей атмосферы. Использование давления окружающей среды позволяет уменьшить затраты энергии на подачу сжатого воздуха от компрессора 6 для создания разрежения в эжекторе 3, а также подвести больше энергии к генератору 8 и увеличить его мощность при сохранении мощности турбины 5, работающей на горячей газо-воздушной смеси.

В результате за счет экономии энергии на привод компрессора 6 повышается электрический КПД автономного ЭТЭГ.

Отходящая от турбины 5 рабочая смесь газов с большим содержанием воздуха и незначительным содержанием СО2 под остаточным давлением, при умеренной температуре поступает по воздуховоду 9 в теплицы, сушильные и другие отапливаемые помещения без использования вентилятора. Учитывая небольшое содержание CO2 в продуктах сгорания и повышенное содержание воздуха в отходящей смеси газов, смесь может также нагнетаться в проветриваемые жилые помещения.

Область применения теплоэлектрогенераторов: системы воздушного отопления и электроснабжение сельскохозяйственных объектов (фермы, мастерские, зернохранилища, овощехранилища, сушилки фруктов, грибов) и жилых домов, ангаров, складских помещений, бытовок в арктических условиях эксплуатации и как автономное энергетическое средство для тепличных хозяйств.

При использовании природного газа низкого давления, сгораемого при атмосферном давлении без применения дожимного компрессора, появляется возможность иметь свою электростанцию и источник тепла в каждом доме, а также источник энергии для зарядки аккумуляторов электромобиля или другого транспортного средства с приемлемой эффективностью преобразования энергии топлива.

Эжекторный газовый теплоэлектрогенератор, состоящий из газовой горелки с вентилятором, воздуховодов, отличающийся тем, что содержит турбину, воздушный компрессор, электрический генератор, эжектор, выполненный с камерой смешения для формирования смешанного потока продуктов сгорания топлива с воздухом, который поступает в камеру смешения по воздуховоду от компрессора, при этом получаемая в камере смешения эжектора горячая газо-воздушная смесь используется для работы турбины, которая служит для привода находящихся с ней на одном валу воздушного компрессора и электрического генератора и для переноса тепла в отапливаемые помещения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в секционных биметаллических радиаторах. Радиатор содержит верхний и нижний коллекторы, которые сообщены между собой трубчатыми колонками, на каждой колонке закреплены лицевой и тыльный профили, образующие собой коробчатую секцию радиатора, на верхнем коллекторе закреплен верхний профиль, профили выполнены с ребрами теплообмена и жесткости, расположенными внутри профилей.

Конвектор с инфракрасным нагревательным элементом может быть использован для обогрева закрытых помещений различного назначения: в офисах, жилых домах, промышленных объектах.

Имеющая изогнутый теплоотдающий элемент секция радиатора отопления и включающий данные секции масляный электрический обогреватель включают корпус секции, при этом указанная секция имеет внутри маслопроводящий коллектор, а внизу и вверху - идущий в горизонтальном направлении соединительный рукав; по крайней мере с одного конца указанной секции до ее середины имеется изогнутый теплоотдающий участок, верхний и нижний концы указанного теплоотдающего участка находятся в разных вертикальных плоскостях, а по меньшей мере часть его середины имеет изогнутую форму и образует конструкцию, выпуклую в боковую сторону.

Изобретение относится к теплоэнергетике. Пиролизный котел с верхним, послойным сжиганием топлива содержит корпус, загрузочный бункер для топлива, загрузочную дверцу для топлива, воздушный коллектор в зоне горения топлива в загрузочном бункере, выполненный из горизонтально ориентированных каналов с отверстиями, направленных в зону горения топлива, узел подачи воздуха в пиролизную камеру, канал дымоудаления, располагаемый за загрузочным бункером и соединяющий загрузочный бункер и дымоотводящую трубу, при этом начало канала дымоудаления соединено с потолочным пространством загрузочного бункера.

Изобретение относится к вакуумным радиаторам и может быть использовано для отопления помещений. Вакуумный радиатор содержит корпус, выполненный в виде двух герметично соединенных между собой листов материала, выдерживающего низкое давление.

Предлагаемое изобретение относится к компактным электрическим бытовым конвекторам, использующим в качестве нагревательного элемента трубчатый электронагреватель, содержащий резистивный нагревательный элемент.

Изобретение относится к системам теплоснабжения различных объектов как наземного, так и подземного назначения, и предназначено для получения тепловой энергии (горячего воздуха) и подачи ее на объект.

Изобретение относится к устройствам для обогрева, в частности к кожух-конвекторам отопительных приборов, таких как печи дровяные, газовые, электрические. В частности, изобретение относится к отопительным приборам мобильного и стационарного назначения.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для нагрева воздуха. Сущность изобретения в том, что воздухонагреватель смесительного типа содержит корпус, воздушные камеры, камеру сгорания, выполненную из двух конических обечаек с заданным углом раскрытия, а регулировка режимов горения может осуществляться с помощью поворотной заслонки - шибера, встроенного в саму горелку.

Изобретение относится к способу производства биметаллических сборных радиаторов и узла закладных элементов для применения в данном способе. Узел закладных элементов (1) для производства биметаллических сборных радиаторов включает заданное количество стальных трубчатых закладных элементов (2), одинаковых между собой, располагающихся рядом, параллельно, имеющих два отверстия (3) на соответствующих концах, предназначенные для заделки в соответствующие литые алюминиевые корпуса, усиливающий каркас (4) из алюминиевого сплава, который жестко соединяет трубчатые закладные элементы (2) между собой.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для экономичного отопления и кондиционирования зданий и сооружений. Система отопления и кондиционирования здания имеет отопительные приборы, подключенные к источникам тепла, и установленный на ограждающих конструкциях разделенный на секции вентилируемый фасад, выполненный в виде закрепленных на здании с воздушными зазорами проницаемого теплоизолирующего слоя и облицовки, которые подключены воздушными каналами с вентиляторами и шиберами между собой и к блоку подготовки рабочего воздуха.

Изобретение относится к системам отопления с тепловыми насосами, использующим тепло низкотемпературных источников естественного или искусственного происхождения для получения воды, пригодной для автономного отопления и горячего водоснабжения в жилых домах.

Изобретение относится к системам отопления с тепловыми насосами, использующими тепло низкотемпературных источников для получения воды, пригодной для автономного отопления и горячего водоснабжения.

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для поддержания комфортных параметров воздуха в малоэтажных зданиях, преимущественно на животноводческих фермах.Система гелиотеплохладоснабжения содержит южный и северный воздухопроводы, расположенные на соответствующих сторонах здания, тепловой аккумулятор, образующий с полом здания подпольный воздухопровод, сообщенный с южным, а также расположенные под тепловым аккумулятором один над другим теплообменный и грунтовый воздухопроводы, система снабжена размещенной в тепловом аккумуляторе вихревой трубой, входом сообщенной с подпольным воздухопроводом, «холодным» каналом - с помещением, а «горячим» - через тепловой аккумулятор с грунтовым воздухопроводом, а на внешней поверхности вихревой трубы выполнены ребра с уменьшающимися расстояниями между ними по направлению движения «горячего» потока.

Предлагаемое изобретение относится к системе отопления домов, а также может использоваться для нагрева котлов с подачей пара на турбины и пр. Целью изобретения является расширение применения способа разгона газа и устройства для его осуществления.

Изобретение относится к области устройств дистанционного контроля и управления отопительными системами. Достигаемый технический результат - возможность заблаговременной диагностики состояния отопительной системы, предупреждающего технического обслуживания, обеспечение безопасности процесса контроля.

Заявленное изобретение относится к области использования тепловой энергии для обогрева зданий с индивидуальным котлом. Система отопления с энергонезависимым режимом в два, три, четыре этажа с использованием многослойных потоков воды для осуществления циркуляции содержит котел, установленный на первом этаже, соединенный с подающим розливом, расположенным над полом или в полу второго этажа, подающий розлив закольцовывается стояком с обратным розливом, расширительный бак, стояки и приборы отопления.

Заявленное изобретение относится к области использования тепловой энергии для обогрева зданий с индивидуальным котлом. Система отопления с энергонезависимым режимом, в два, три, четыре этажа, с подключением теплого пола, с использованием многослойных потоков воды для осуществления циркуляции содержит котел, установленный на первом этаже, соединенный с подающим розливом, расположенным над полом или в полу второго этажа, подающий розлив закольцовывается стояком с обратным розливом, расширительный бак, стояки и приборы отопления, а также контуры теплого пола.

Изобретение относится к системам обогрева различных объектов и предназначено преимущественно для использования при подогреве воздуха, подаваемого в шахту. Установка для подогрева воздуха, подаваемого в шахту, содержит камеру сгорания, воздухоподогреватель, вентилятор, дымосос и трубопроводы.

Изобретение предназначено для поддержания комфортных параметров воздуха в малоэтажных зданиях, преимущественно на животноводческих фермах. Система гелиотеплохладоснабжения и качественного воздухообмена в зданиях содержит южный, выполненный из поглощающего солнечную радиацию материала, и северный воздухопроводы, расположенные на соответствующих сторонах здания, тепловой аккумулятор, образующий с полом здания подпольный воздухопровод, сообщенный с южным воздухопроводом, а также расположенные под тепловым аккумулятором один над другим теплообменный и грунтовый воздухопроводы, первый из которых сообщен с северным, а второй снабжен грунтовыми теплопроводящими трубами, при этом система снабжена размещенной в тепловом аккумуляторе вихревой трубой, а теплообменный воздухопровод снабжен всасывающим фильтром, который установлен в помещении и выполнен в виде узла очистки внутреннего воздуха, состоит из диффузора с винтообразными продольно размещенными канавками, входящими в круговую канавку, соединенную со сборником загрязнений, в котором размещено осушивающее устройство в виде емкости с адсорбирующим веществом.

Изобретение относится к теплоэнергетике. Отопительный котел, содержащий корпус с двойными стенками, образующими герметичную полость для теплоносителя, с загрузочной дверцей, патрубок дымохода и теплоизолирующий кожух, содержит вертикальный дымоход с установленным на нем переходным патрубком с заслонкой, несколько продольных полостей для теплоносителя, расположенных над топкой с воздушным зазором относительно верхней стенке котла, поперечную перегородку и поперечную полость, установленную с зазором относительно задней стенки котла, причем поперечная перегородка установлена за топкой, с зазором относительно задней стенки котла, а вертикальный дымоход размещен на задней внутренней стенке котла и сообщается с патрубком дымохода, полостью между задней стенкой и поперечной полостью и переходным патрубком с заслонкой, которая имеет ручное или автоматическое управление от терморегулятора температуры дымовых газов, а стенки топки закрыты экранами или футерованы термостойким материалом, поперечная перегородка выполнена полой и сообщается через отверстия с воздушной полостью зольника и трубными воздуховодами, установленными под продольными полостями.

Изобретение относится к энергетике, а именно к системам генерации тепла для систем отопления и электроэнергии. В результате применения изобретения происходит прямое использование тепловой энергии продуктов сгорания топлива при одновременном получении тепла и электроэнергии за счет формирования смешанного потока продуктов сгорания и воздуха в камере смешения эжектора, который на выходе из эжектора имеет давление выше, чем давление воздуха на входе в эжектор. Смешанный поток продуктов сгорания и воздуха используется для работы турбины, которая служит приводом компрессора и генератора, а также идет на отопление. Газовый теплоэлектрогенератор содержит газовую горелку с вентилятором, эжектор с камерой смешения, турбину, воздушный компрессор, воздуховод для подачи воздуха от компрессора к эжектору, электрический генератор, воздуховод для подачи теплого воздуха в отапливаемые помещения. За счет экономии энергии сгораемого топлива на привод компрессора повышается электрический КПД генератора. Воздушный компрессор и электрический генератор имеют общий вал с турбиной. Изобретение должно обеспечить повышение электрического КПД теплоэлектрогенератора, перенос тепла в отапливаемые помещения и уменьшение загрязнения окружающей среды продуктами сгорания. 1 ил.

Наверх