RU2523243C1 - Device for heating and/or hot water supply - Google Patents
Device for heating and/or hot water supply Download PDFInfo
- Publication number
- RU2523243C1 RU2523243C1 RU2012151791/12A RU2012151791A RU2523243C1 RU 2523243 C1 RU2523243 C1 RU 2523243C1 RU 2012151791/12 A RU2012151791/12 A RU 2012151791/12A RU 2012151791 A RU2012151791 A RU 2012151791A RU 2523243 C1 RU2523243 C1 RU 2523243C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- exhaust gas
- coolant
- heat exchanger
- bubbler
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
- Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
- Y02A30/274—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies using waste energy, e.g. from internal combustion engine
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области теплотехники и предназначено для автономного отопления и горячего водоснабжения жилых домов, промышленных зданий и сооружений, подсобных хозяйств, отапливаемых теплиц, небольших животноводческих ферм.The invention relates to the field of heat engineering and is intended for autonomous heating and hot water supply of residential buildings, industrial buildings and structures, subsidiary farms, heated greenhouses, small livestock farms.
Из информации на сайте , страница «О когенерации, малой энергетике и строительстве тепловых электростанций», известна мини-ТЭЦ (теплоэнергоцентраль) с когенерационной установкой, включающая водогрейный котел, газотурбинную когенерационную установку (КГУ) с дизель-генератором - генератором тепловой энергии, оборудованную блоками утилизации, системой диспетчеризации. Указанная ТЭЦ обеспечивает замкнутую систему отопления зданий теплом теплоносителя путем его нагрева за счет утилизации тепла генератора тепловой энергии, работающего на исходном топливе, жидком или газообразном. Когенерационная установка описанной ТЭЦ является наиболее близким аналогом изобретения.From the information on the website, the page “On Cogeneration, Small Energy and Construction of Thermal Power Plants”, a mini-CHP (heat and power center) with a cogeneration unit, including a hot water boiler, a gas turbine cogeneration unit (KGU) with a diesel generator - thermal energy generator equipped with blocks, is known recycling, dispatch system. The specified CHPP provides a closed system for heating buildings with heat from the heat carrier by heating it by utilizing the heat of a heat energy generator operating on the initial fuel, liquid or gaseous. The cogeneration plant of the described CHPP is the closest analogue of the invention.
Недостатком известной установки является ее недостаточно высокий коэффициент полезного действия (кпд), обусловленный необходимостью соблюдения условия эффективного теплообмена, согласно которому источник - выхлопной газ - должен иметь температуру выше, чем приемник-теплоноситель системы отопления, и в связи с этим необходимостью соблюдения условия температуры выходящих в атмосферу выхлопных газов генератора тепловой энергии не ниже температуры теплоносителя отопительной системы. А это означает, что часть тепловой энергии неизбежно выбрасывается в атмосферу.A disadvantage of the known installation is its insufficiently high efficiency (efficiency), due to the need to comply with the conditions of effective heat transfer, according to which the source - exhaust gas - must have a temperature higher than the receiver-coolant of the heating system, and therefore the need to comply with the temperature conditions of the outgoing into the atmosphere of the exhaust gases of the thermal energy generator not lower than the temperature of the heating medium of the heating system. And this means that part of the thermal energy is inevitably released into the atmosphere.
Задачей и техническим результатом изобретения являются повышение кпд установки путем уменьшения потерь тепловой энергии, более эффективного отбора тепла от его носителя - выхлопного газа в теплоноситель системы отопления, дополнительная утилизация тепловой энергии выхлопных газов для нагревания теплоносителя системы отопления, исключения выброса в атмосферу горячих выхлопных газов, осуществления развязки между теплоносителем системы отопления и выхлопными газами, снижение расхода исходного топлива.The objective and technical result of the invention is to increase the efficiency of the installation by reducing heat energy losses, more efficient heat removal from its carrier - exhaust gas to the heating medium coolant, additional utilization of thermal energy of exhaust gases for heating the heating medium coolant, eliminating the emission of hot exhaust gases into the atmosphere, decoupling between the coolant of the heating system and exhaust gases, reducing the consumption of initial fuel.
Задача решается и технический результат достигается конструкцией установки для отопления и/или горячего водоснабжения, которая содержит, как и в ближайшем аналоге:The problem is solved and the technical result is achieved by the design of the installation for heating and / or hot water supply, which contains, as in the closest analogue:
- генератор тепловой энергии, с выходом выхлопных газов;- a generator of thermal energy, with the release of exhaust gases;
- теплообменник выхлопного газа с возможностью его заполнения теплоносителем системы отопления и/или горячего водоснабжения (далее система); под системой понимается далее не только система отопления как таковая, но и/или система горячего водоснабжения;- an exhaust gas heat exchanger with the possibility of filling it with a heating medium of a heating system and / or hot water supply (hereinafter the system); a system is further understood not only as a heating system as such, but also as a hot water system;
- теплообменник выхлопного газа связан с выходом выхлопных газов генератора тепловой энергии;- the exhaust gas heat exchanger is connected to the exhaust gas outlet of the heat energy generator;
- при необходимости теплообменник охлаждения генератора тепловой энергии;- if necessary, the heat exchanger cooling the thermal energy generator;
- при необходимости в теплообменнике охлаждения генератора этот теплообменник выполнен с возможностью его заполнения теплоносителем системы и включает в себя радиатор системы охлаждения генератора тепловой энергии с возможностью контакта радиатора системы охлаждения генератора тепловой энергии с теплоносителем системы;- if necessary, in the generator cooling heat exchanger, this heat exchanger is configured to be filled with the system coolant and includes a radiator of the thermal energy generator cooling system with the possibility of contacting the radiator of the cooling system of the thermal energy generator with the system coolant;
- при необходимости электрогенератор, связанный с ротором генератора тепловой энергии.- if necessary, an electric generator associated with the rotor of the thermal energy generator.
Отличием предложенной конструкции от ближайшего аналога является следующее:The difference between the proposed design and the closest analogue is the following:
- генератор тепловой энергии выполнен в виде 4-тактного двигателя внутреннего сгорания;- the thermal energy generator is made in the form of a 4-stroke internal combustion engine;
- введен тепловой насос с компрессором, холодным и теплым контурами;- Introduced a heat pump with compressor, cold and warm circuits;
- введен теплообменник теплого контура;- a heat exchanger of a warm circuit is introduced;
- введен привод теплового насоса;- heat pump drive introduced;
- привод выполнен в виде электропривода, связанного с электрогенератором генератора тепловой энергии, или в виде механического привода, связанного непосредственно с ротором генератора тепловой энергии;- the drive is made in the form of an electric drive connected to the electric generator of the thermal energy generator, or in the form of a mechanical drive connected directly to the rotor of the thermal energy generator;
- теплый контур теплового насоса с теплоносителем теплового насоса расположен в теплообменнике теплого контура с возможностью контакта своей поверхности с теплоносителем системы;- the warm circuit of the heat pump with the heat carrier of the heat pump is located in the heat exchanger of the warm circuit with the possibility of contact of its surface with the coolant of the system;
- вход теплообменника теплого контура теплового насоса для теплоносителя системы выполнен с возможностью связи с выходом системы, например с обраткой;- the input of the heat exchanger of the warm circuit of the heat pump for the coolant of the system is configured to communicate with the output of the system, for example, with a return;
- теплообменник теплого контура теплового насоса связан с теплообменником выхлопного газа теплоносителем системы, т.е. выход теплообменника теплого контура теплового насоса для теплоносителя системы связан с входом теплообменника выхлопного газа для теплоносителя системы;- the heat exchanger of the heat circuit of the heat pump is connected to the heat exchanger of the exhaust gas by the system coolant, i.e. the heat exchanger output of the heat circuit of the heat pump for the system coolant is connected to the input of the exhaust gas heat exchanger for the system coolant;
- выход теплообменника выхлопного газа для теплоносителя системы выполнен с возможностью связи с входом системы для теплоносителя системы или при необходимости наличия теплообменника охлаждения генератора тепловой энергии выход теплообменника выхлопного газа для теплоносителя системы связан с входом теплообменника охлаждения теплового генератора для теплоносителя системы, а выход теплообменника охлаждения теплового генератора для теплоносителя системы выполнен с возможностью связи с входом системы для теплоносителя системы;- the outlet of the exhaust gas heat exchanger for the system coolant is configured to communicate with the system input for the system coolant or, if necessary, the cooling of the heat generator of the heat energy generator, the exhaust gas heat exchanger output for the system coolant is connected to the input of the cooling heat exchanger of the heat generator for the system coolant, and the output of the heat cooling heat exchanger the generator for the system coolant is configured to communicate with the system inlet for the system coolant;
- холодный контур теплового насоса помещен в барботер;- the cold circuit of the heat pump is placed in a bubbler;
- барботер выполнен с возможностью заполнения части его объема теплоносителем барботера, с образованием воздушной полости;- the bubbler is configured to fill part of its volume with a coolant bubbler, with the formation of an air cavity;
- холодный контур теплового насоса расположен в барботере с возможностью контакта его наружной поверхности с теплоносителем барботера;- the cold circuit of the heat pump is located in the bubbler with the possibility of contact of its outer surface with the coolant bubbler;
- в барботере расположен по крайней мере один канал выхлопного газа с выполненными в его поверхности выходными отверстиями для выхлопного газа, с возможностью контакта его наружной поверхности с теплоносителем барботера;- in the bubbler is located at least one channel of the exhaust gas with exhaust openings for exhaust gas made in its surface, with the possibility of contact of its outer surface with the coolant of the bubbler;
- вход канала выхлопного газа связан с выходом теплообменника выхлопного газа для отработанного выхлопного газа;- the inlet of the exhaust gas channel is connected to the outlet of the exhaust gas heat exchanger for exhaust exhaust gas;
- выход холодного контура теплового насоса для теплоносителя теплового насоса связан с входом теплого контура для теплоносителя теплового насоса посредством компрессора теплового насоса;- the output of the cold circuit of the heat pump for the heat transfer agent of the heat pump is connected to the input of the warm circuit for the heat transfer agent of the heat pump through the heat pump compressor;
- выход барботера является выходом в атмосферу выхлопных газов.- The bubbler outlet is the outlet to the exhaust atmosphere.
Приведенная конструкция установки позволяет для выхода не полностью охлажденных выхлопных газов из теплообменника выхлопных газов использовать не атмосферу, а теплоноситель барботера с холодным контуром теплового насоса. Отработанные в своем теплообменнике выхлопные газы выходят не в атмосферу, а в барботер с холодным контуром, где происходит дополнительная утилизация их остаточного тепла для дополнительного подогрева теплоносителя теплового насоса в холодном контуре и сообщения теплоносителю системы с помощью описанной установки дополнительно тепловой энергии.The given design of the installation allows for the exit of not completely cooled exhaust gases from the exhaust heat exchanger to use not the atmosphere, but the bubbler coolant with a cold heat pump circuit. The exhaust gases exhausted in their heat exchanger do not exit to the atmosphere, but to a bubbler with a cold circuit, where their residual heat is additionally utilized for additional heating of the heat pump heat carrier in the cold circuit and communication of the system coolant with the help of the described additional heat energy installation.
Указанная совокупность признаков в известном уровне техники не обнаружена.The specified set of features in the prior art is not found.
Известно использование 4-тактных двигателей внутреннего сгорания в когенерационных установках.It is known to use 4-stroke internal combustion engines in cogeneration plants.
Известна барботажная очистка и охлаждение доменных газов в металлургии путем пропускания пузырьков доменных газов сквозь воду. В предлагаемом изобретении также имеет место пропускание частично утилизированных выхлопных газов двигателя сквозь теплоноситель барботера, которым может быть вода. Однако в изобретении охлажденный таким образом выхлопной газ, при дополнительном уменьшении своей температуры, уменьшает тепловые выбросы в атмосферу, повышая кпд работы установки, и с этой точки зрения предложенное решение позволяет получить иной, неизвестный результат, заключающийся в повышенном кпд установки. Использование барботера для дополнительного съема тепла выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания для теплоносителя системы отопления неизвестно. При этом барботер дополнительно работает как хороший глушитель, понижая уровень шума установки. Использование барботера для понижения уровня шума работы описанной установки также неизвестно.Known bubbling cleaning and cooling of domain gases in metallurgy by passing bubbles of domain gases through water. In the present invention, there is also the passage of partially recycled exhaust gases of the engine through the coolant bubbler, which may be water. However, in the invention, the exhaust gas cooled in this way, while further reducing its temperature, reduces thermal emissions into the atmosphere, increasing the efficiency of the installation, and from this point of view, the proposed solution allows to obtain a different, unknown result, which consists in increased efficiency of the installation. The use of a bubbler for additional removal of heat from the exhaust gas of an internal combustion engine for a heating medium coolant is unknown. At the same time, the bubbler additionally works as a good muffler, reducing the noise level of the installation. The use of a bubbler to reduce the noise level of the operation of the described installation is also unknown.
Известны также тепловые насосы, в качестве которых могут использоваться кондиционеры, например автомобильные. В предложенном решении тепловой насос является не только средством для передачи дополнительного тепла от выхлопных газов теплоносителю системы отопления, но и своеобразной термической развязкой между выходящими в атмосферу выхлопными газами и теплоносителем системы отопления, что позволяет повысить кпд установки при обеспечении нормальной ее работы. В этом качестве использование тепловых насосов из уровня техники неизвестно.Heat pumps are also known, which can be used as air conditioners, such as automobiles. In the proposed solution, the heat pump is not only a means for transferring additional heat from the exhaust gases to the coolant of the heating system, but also a kind of thermal isolation between the exhaust gases leaving the atmosphere and the coolant of the heating system, which allows to increase the efficiency of the installation while ensuring its normal operation. As such, the use of heat pumps is not known in the art.
На фигуре приведен чертеж когенерационной установки.The figure shows a drawing of a cogeneration unit.
Когенерационная установка содержит 4-тактный двигатель внутреннего сгорания 1, который может быть выполнен на базе любого двигателя от автомобиля, например, от ВАЗ 2106, снабженный радиатором охлаждения. Установка содержит электрогенератор 2, механически связанный с ротором двигателя 1, теплообменник 3 выхлопного газа, который представляет собой закрытую емкость с выполненным в ней каналом 4 для выхлопных газов в виде улитки с большой площадью поверхности для интенсификации процесса теплообмена теплоносителя с выхлопными газами. Емкость теплообменника 3 заполнена теплоносителем системы отопления. Теплообменник 3 выхлопного газа может быть выполнен аналогично теплообменнику отопительного котла пульсирующего горения из спиральных труб, погруженных в воду, в соответствии с оптимизацией теплообмена (см. http://www.mukhin.ru/teplo/auerpulsar.html).The cogeneration unit contains a 4-stroke internal combustion engine 1, which can be made on the basis of any engine from a car, for example, from a VAZ 2106, equipped with a cooling radiator. The installation comprises an electric generator 2, mechanically connected with the rotor of the engine 1, an exhaust gas heat exchanger 3, which is a closed container with an exhaust channel 4 made in it in the form of a cochlea with a large surface area to intensify the process of heat transfer from the exhaust gas. The capacity of the heat exchanger 3 is filled with the coolant of the heating system. The exhaust gas heat exchanger 3 can be made similar to a heat exchanger of a pulsed combustion heating boiler from spiral pipes immersed in water, in accordance with the optimization of heat transfer (see http://www.mukhin.ru/teplo/auerpulsar.html).
Установка содержит также теплообменник 5 охлаждения двигателя 1, выход которой является входом в систему горячего водоснабжения/теплоснабжения/отопления зданий и сооружений. Теплообменник 5 представляет собой емкость, заполненную теплоносителем системы, в которую погружен радиатор 6 охлаждения двигателя 1. Теплообменника 5 охлаждения генератора тепловой энергии может и не быть. Тогда выход теплообменника 3 для теплоносителя системы будет связан с ее входом для ее теплоносителя.The installation also contains a heat exchanger 5 for cooling the engine 1, the output of which is the entrance to the hot water / heat supply / heating system of buildings and structures. The heat exchanger 5 is a tank filled with a coolant of the system into which the radiator 6 for cooling the engine 1 is immersed. There may not be a heat exchanger 5 for cooling the generator of thermal energy. Then the output of the heat exchanger 3 for the coolant of the system will be connected with its input for its coolant.
Установка содержит тепловой насос 7, включающий компрессор 8 с холодным контуром 9 и теплым контуром 10, заполненными теплоносителем теплового насоса 7, например фреоном. Холодный контур 9 теплового насоса 7 помещен в барботер 11, который частично заполнен жидкостью - теплоносителем барботера 11, например водой, с образованием воздушной полости в верхней его части. Воздушная полость необходима для сбора выхлопных газов, поднявшихся из теплоносителя барботера 11. В теплоноситель барботера 11 погружен канал 12 выхлопного газа из теплообменника 3 выхлопного газа, в поверхности канала 12 выполнено множество отверстий для выхода выхлопных газов в виде пузырьков в теплоноситель барботера 11. Канал 12 выхлопного газа может иметь количество ответвлений больше одного. Барботер 11 снабжен входом для канала 12 выхлопного газа, который расположен в части его, заполненной теплоносителем барботера. Барботер 11 снабжен выходом в атмосферу повторно отработанного выхлопного газа, который расположен в воздушной его полости. Холодный контур 9 также погружен в теплоноситель барботера 11. Теплый контур 10 теплового насоса 7 расположен в теплообменнике 13 теплого контура и погружен в теплоноситель системы. Теплообменник 13 теплого контура связан своим входом для теплоносителя системы с обраткой системы отопления и/или входом холодной воды для использования установки для горячего водоснабжения, выходом для теплоносителя системы - со входом теплообменника 3 выхлопных газов для теплоносителя системы. Компрессор 8 теплового насоса 7 включен между выходом холодного контура 9 для теплоносителя теплового насоса 7 и входом теплого контура 10 для теплоносителя теплового насоса 7. Тепловой насос 7 установки может быть выполнен на базе кондиционерного оборудования от автомобиля иностранной марки или любого подходящего по характеристикам кондиционера. В установке использовано стандартное газобалонное оборудование первого поколения, адаптированное для работы с метаном и пропан-бутановой смесью или иное оборудование для исходного топлива.The installation comprises a heat pump 7, including a compressor 8 with a cold circuit 9 and a warm circuit 10, filled with the heat carrier of the heat pump 7, for example, freon. The cold circuit 9 of the heat pump 7 is placed in a bubbler 11, which is partially filled with liquid - a coolant bubbler 11, for example water, with the formation of an air cavity in its upper part. An air cavity is necessary for collecting exhaust gases that have risen from the coolant of the bubbler 11. The channel 12 of the exhaust gas is immersed in the coolant of the bubbler 11 from the exhaust gas heat exchanger 3, a plurality of openings are made in the surface of the channel 12 for exhaust gases to exit into the coolant of the bubbler 11. Channel 12 exhaust gas may have more than one branch. The bubbler 11 is provided with an inlet for the exhaust gas channel 12, which is located in a part of it filled with a coolant bubbler. The bubbler 11 is provided with an outlet to the atmosphere of the re-exhaust exhaust gas, which is located in its air cavity. The cold circuit 9 is also immersed in the coolant of the bubbler 11. The warm circuit 10 of the heat pump 7 is located in the heat exchanger 13 of the warm circuit and immersed in the coolant of the system. The heat exchanger 13 of the warm circuit is connected by its inlet for the system coolant to the return of the heating system and / or the cold water inlet for using the hot water system, and the outlet for the system coolant with the inlet of the exhaust gas heat exchanger 3 for the system coolant. The compressor 8 of the heat pump 7 is connected between the output of the cold circuit 9 for the heat transfer agent of the heat pump 7 and the input of the warm circuit 10 for the heat transfer agent of the heat pump 7. The heat pump 7 of the installation can be based on air conditioning equipment from a foreign car or any suitable air conditioner. The installation used standard gas cylinder equipment of the first generation, adapted for working with methane and a propane-butane mixture or other equipment for the initial fuel.
Установка, собранная на базе двигателя автомобиля ВАЗ 2106, работает следующим образом.Installation, assembled on the basis of the engine of the car VAZ 2106, works as follows.
Теплообменники: 13 теплого контура, 3 выхлопных газов, 5 системы охлаждения двигателя 1 - за счет указанных выше связей между ними заполняются теплоносителем системы отопления через обратку. Заводится двигатель 1 внутреннего сгорания, работающий от сгорания исходного топлива: природного газа, дизельного топлива и др. при начальной температуре 20°С. При работе двигатель 1 начинает нагреваться, нагревая радиатор 6 охлаждения двигателя в теплообменнике 5 до 90°С, за счет чего происходит нагрев теплоносителя системы отопления. Нагретый таким образом теплоноситель подается на вход системы отопления здания.Heat exchangers: 13 warm circuit, 3 exhaust gases, 5 engine cooling systems 1 - due to the above connections between them are filled with heating medium through the return line. An internal combustion engine 1 is started, which is powered by the combustion of the initial fuel: natural gas, diesel fuel, etc. at an initial temperature of 20 ° C. During operation, the engine 1 begins to heat up, heating the radiator 6 of the engine cooling in the heat exchanger 5 to 90 ° C, due to which the heating medium is heated. The heat carrier heated in this way is supplied to the input of the building heating system.
Одновременно с описанными процессами при сгорании исходного топлива в двигателе 1 происходит образование нагретого до температуры 700-1800°С выхлопного газа, в основном двуокиси углерода и пара. Горячий выхлопной газ канализируется и подается в канал 4 выхлопных газов теплообменника 3 выхлопных газов, заполненного теплоносителем системы. Тепло от нагретого выхлопного газа передается к теплоносителю системы в теплообменнике 3 выхлопных газов. В теплообменнике 3 выхлопных газов имеет место теплообмен между теплоносителем системы и выхлопным газом. В результате такого теплообмена теплоноситель системы нагревается примерно до 70°С и подается также в систему через теплообменник 5. Отработанный, уже отдавший частично свое тепло выхлопной газ с температурой 25-70°С (http://www.mukhin.ru/teplo/aueipulsar.html) силой давления четвертого такта хода поршня ДВС 1 подается в барботер 11 по каналу 12 выхлопных газов. Барботер 11 заполнен своим теплоносителем: водой или другой жидкостью с температурой ниже, чем температура теплоносителя в системе и составляющей около 3-4°С из соображения эффективности теплопередачи границы газ-жидкость. Указанная температура выбрана для теплоносителя барботера в виде воды и может изменяться от его вида. Чем ниже температура жидкости барботера, тем лучше. Теоретически она может быть равна температуре кипения фреона - минус 42°С. Теплоноситель в барботере 11 от контакта введенного в него под давлением выхлопного газа через мелкие отверстия канала 12 выхлопного газа хорошо перемешивается с ним, и происходит дополнительный активный теплообмен теплоносителя с уже отработанным, частично отдавшим свое тепло в теплообменнике 3, но еще достаточно горячим выхлопным газом двигателя 1. После этого выхлопные газы выходят из воды барботера 11 в воздушную его полость примерно с температурой 5-8°С и далее - в атмосферу. Нагреваясь от все еще горячего выхлопного газа до температуры 4-6°С, теплоноситель барботера 11 передает полученное им тепло через контакт его с поверхностью холодного контура 9 в теплоноситель теплового насоса 7, и, нагретый таким образом в холодном контуре до температуры 4-6°С теплоноситель теплового насоса 7 через компрессор 8 теплового насоса 7 передается в теплый контур 10 для нагревания теплоносителя теплового насоса. Будучи погруженным в теплоноситель системы отопления и/или горячего водоснабжения, теплый контур 10 нагревает теплоноситель системы примерно до 40°С. Далее дополнительно нагретый теплоноситель системы через теплообменник 3 выхлопного газа и далее через теплообменник 5 системы охлаждения двигателя 1 передается также на вход системы, доводя общую температуру теплоносителя системы отопления до 90°С.Simultaneously with the described processes during the combustion of the initial fuel in the engine 1, the formation of exhaust gas heated to a temperature of 700-1800 ° C, mainly carbon dioxide and steam, occurs. The hot exhaust gas is channeled and fed into the exhaust channel 4 of the heat exchanger 3 of the exhaust gas filled with the system coolant. Heat from the heated exhaust gas is transferred to the system coolant in the exhaust heat exchanger 3. In the exhaust heat exchanger 3, heat exchange takes place between the system coolant and the exhaust gas. As a result of such heat transfer, the heat carrier of the system is heated to about 70 ° C and is also supplied to the system through heat exchanger 5. Exhaust gas exhaust gas with a temperature of 25-70 ° C that has already partially released its heat (http://www.mukhin.ru/teplo/ aueipulsar.html) the pressure force of the fourth stroke of the piston of the engine 1 is supplied to the bubbler 11 through the exhaust gas channel 12. The bubbler 11 is filled with its coolant: water or another liquid with a temperature lower than the temperature of the coolant in the system and about 3-4 ° C from the viewpoint of the efficiency of heat transfer of the gas-liquid interface. The indicated temperature is selected for the heat carrier bubbler in the form of water and may vary from its type. The lower the temperature of the bubbler liquid, the better. Theoretically, it can be equal to the boiling point of freon - minus 42 ° C. The coolant in the bubbler 11 from the contact of the exhaust gas introduced into it through pressure through the small openings of the exhaust gas channel 12 mixes well with it, and additional active heat exchange of the coolant with the already exhausted, partially transferred its heat to the heat exchanger 3, but still rather hot engine exhaust gas 1. After this, the exhaust gases leave the water of the bubbler 11 in its air cavity with a temperature of about 5-8 ° C and then into the atmosphere. Heated from the still hot exhaust gas to a temperature of 4-6 ° C, the bubbler 11 transfers the heat it receives through its contact with the surface of the cold circuit 9 to the coolant of the heat pump 7, and thus heated in the cold circuit to a temperature of 4-6 ° From the heat carrier of the heat pump 7 through the compressor 8 of the heat pump 7 is transferred to the warm circuit 10 for heating the heat carrier of the heat pump. Being immersed in the coolant of the heating system and / or hot water supply, the warm circuit 10 heats the coolant of the system to about 40 ° C. Further, the additionally heated coolant of the system through the heat exchanger 3 of the exhaust gas and then through the heat exchanger 5 of the cooling system of the engine 1 is also transferred to the input of the system, bringing the total temperature of the coolant of the heating system to 90 ° C.
Таким образом, нагретый разными способами: в теплообменнике 13 теплого контура 10 за счет остаточного тепла выхлопных газов в барботере 11, в теплообменнике 3 выхлопного газа, в теплообменнике 5 системы охлаждения двигателя 1, теплоноситель подается в систему отопления здания и/или в бойлерную для подачи горячей воды в здание.Thus, heated in different ways: in the heat exchanger 13 of the warm circuit 10 due to the residual heat of the exhaust gases in the bubbler 11, in the heat exchanger 3 of the exhaust gas, in the heat exchanger 5 of the engine cooling system 1, the heat carrier is supplied to the building heating system and / or to the boiler room for supply hot water to the building.
Дополнительно охлажденный выхлопной газ с температурой примерно в 5-8°С попадает в окружающую атмосферу, снижая потери тепловой энергии по сравнению с прототипом. Если у прототипа температура выходящих в атмосферу газов не может быть ниже температуры теплоносителя, уходящего в систему отопления, т.е. примерно 90°С, то в предложенной конструкции температура уходящих газов существенно ниже, что обеспечивает уменьшение потерь тепловой энергии более 10-ти крат. Как видно из работы предложенной установки, одновременно обеспечивается и условие нормальной бесперебойной работы при соблюдении условия температуры выхода выхлопных газов в окружающую среду не ниже температуры среды, куда осуществлен выхлоп (это барботер 11, а не атмосфера), и нагревание не атмосферы, а теплоносителя барботера 11 путем дополнительного теплообмена.Additionally cooled exhaust gas with a temperature of about 5-8 ° C enters the surrounding atmosphere, reducing heat loss compared with the prototype. If the prototype temperature of the gases entering the atmosphere cannot be lower than the temperature of the coolant leaving the heating system, i.e. approximately 90 ° C, then in the proposed design the temperature of the exhaust gases is significantly lower, which ensures a reduction in heat energy loss of more than 10 times. As can be seen from the work of the proposed installation, at the same time, the condition for normal uninterrupted operation is ensured, provided that the conditions for the temperature of the exhaust gas exit into the environment are not lower than the temperature of the medium where the exhaust was carried out (this is bubbler 11, not atmosphere), and heating of the atmosphere rather than the bubbler 11 by additional heat exchange.
КПД в установках, сходных с прототипом, составляет примерно 34%, а для установки с конструкцией, выполненной в соответствии с изобретением, кпд равен 73-74%. Для получения указанных данных было произведено сравнение эксплуатационных характеристик установки по прототипу и установки по изобретению. Эксплуатационные характеристики прототипа получены с сайта http://yanmar-co.ru/products/cp/spec.html. В соответствии с его данными кпд установки составляет 85%, который состоит из двух составляющих: 33,5%, приходящиеся на процессы получения механической энергии и трансформации ее электрогенератором в электрическую энергию, и 51,5%, приходящиеся на утилизацию отводимого тепла через радиатор охлаждения в теплообменнике охлаждения двигателя и в теплообменнике выхлопных газов ДВС. Из 100% сгоревшего тепла на механическую энергию ушло 33,5%, а 66,5% тепла осталось для передачи теплоносителю. Из оставшегося сгоревшего тепла в 66,5% только 51,5% идет на утилизацию, т.е. реальное тепло, направленное в теплоноситель установки по прототипу, составляет 66,5×0,515=34,25%. При этом потери тепла, уходящие в атмосферу для установки по прототипу, составляют 66,5-34,25=32,25%. Реальный кпд прототипа составляется из 33,5% за счет выработки электрической энергии и 34,25% за счет тепла, направленного на его утилизацию в теплоноситель, что в сумме составит 67,75% и отличается от продекларированных на сайте 85%.Efficiency in installations similar to the prototype is approximately 34%, and for an installation with a structure made in accordance with the invention, the efficiency is 73-74%. To obtain these data, a comparison was made of the operational characteristics of the installation according to the prototype and the installation according to the invention. The operational characteristics of the prototype obtained from the site http://yanmar-co.ru/products/cp/spec.html. In accordance with its data, the efficiency of the installation is 85%, which consists of two components: 33.5% attributable to the processes of obtaining mechanical energy and its transformation by an electric generator into electrical energy, and 51.5% attributable to the utilization of the removed heat through a cooling radiator in the engine cooling heat exchanger and in the exhaust gas heat exchanger of the internal combustion engine. Of the 100% of the burnt heat, 33.5% was spent on mechanical energy, and 66.5% of the heat remained for transmission to the coolant. Of the remaining burnt heat in 66.5%, only 51.5% goes to utilization, i.e. the real heat directed to the coolant of the installation according to the prototype is 66.5 × 0.515 = 34.25%. In this case, the heat loss going into the atmosphere for installation according to the prototype is 66.5-34.25 = 32.25%. The actual efficiency of the prototype is made up of 33.5% due to the generation of electric energy and 34.25% due to the heat directed to its utilization in the coolant, which will total 67.75% and differs from 85% declared on the site.
Для испытаний и тепловых расчетов работы установки были собраны два ее реальных образца на базе 4-тактного ДВС автомобиля марки ВАЗ 2106 с использованием электрогенератора Электром 2340.3771-152 от автомобиля КАМАЗ; один был собран с теплообменником охлаждения ДВС с радиатором и теплообменником выхлопных газов, без барботера и теплового насоса, второй - как и первый, но только в соответствии с изобретением, в конструкцию которого были добавлены барботер и тепловой насос.For testing and thermal calculations of the installation, two of its real samples were assembled on the basis of a 4-stroke internal combustion engine of a VAZ 2106 automobile using an electric generator Electrom 2340.3771-152 from a KAMAZ automobile; one was assembled with an internal combustion engine cooling heat exchanger with a radiator and an exhaust heat exchanger, without bubbler and heat pump, the second - like the first, but only in accordance with the invention, into which a bubbler and heat pump were added.
Для обоих образцов был произведен замер мощности на выходе электрогенератора КАМАЗ. С учетом кпд этого генератора в 82%, взятого из паспорта генератора, кпд выработки электрической энергии составляет примерно 25%, а неиспользованное тепло составляет 100% - 25%=75%. Коэффициент утилизации отведенного тепла в первом образце составляет 51%, как указано на вышеприведенном сайте, а для второго образца с барботером и тепловым насосом будет 78%. С учетом коэффициента утилизации отведенного тепла из 75% количество тепла, переданное в теплоноситель системы, составляет 75%×0,78=58,5% из общего выработанного тепла. Тогда реальный кпд для первого образца составит 58,5%+25%=83,5%, а в потери (выхлоп в атмосферу) уйдет 16,5%. Во второй же модели потерь в 16,5% не будет, т.к. отработанные после теплообменника выхлопные газы будут направлены в барботер для дополнительной утилизации тепла. Реальный кпд для второго образца, выполненного в соответствии с изобретением, составит 98-99%, т.к. остаточное тепло выхлопных газов за счет теплового насоса практически полностью перейдет в теплоноситель системы. Если из общего кпд установки исключить кпд выработки электрической энергии 98%-25%, получим цифры реального кпд установки в соответствии с изобретением в 73%, который соответствует количеству тепловой энергии, ушедшей на нагрев теплоносителя системы. Сравнивая 73% для второго образца с использованием изобретения с 58,5% для первого образца без барботера и теплового насоса (прототип), получим реальный выигрыш в кпд. Реальный же кпд передачи тепла в теплоноситель из данных сайта со.ru/products/cp/spec.html составляет только 34,25%.For both samples, power was measured at the output of the KAMAZ generator. Taking into account the efficiency of this generator in 82% taken from the passport of the generator, the efficiency of electric energy generation is approximately 25%, and unused heat is 100% - 25% = 75%. The heat recovery coefficient in the first sample is 51%, as indicated on the above site, and for the second sample with a bubbler and heat pump it will be 78%. Taking into account the coefficient of utilization of heat removed from 75%, the amount of heat transferred to the coolant of the system is 75% × 0.78 = 58.5% of the total heat generated. Then the real efficiency for the first sample will be 58.5% + 25% = 83.5%, and 16.5% will go into losses (exhaust to the atmosphere). In the second model, there will be no losses of 16.5%, because The exhaust gases exhausted after the heat exchanger will be sent to the bubbler for additional heat recovery. The actual efficiency for the second sample, made in accordance with the invention, will be 98-99%, because the residual heat of the exhaust gases due to the heat pump will almost completely go into the coolant of the system. If we exclude the efficiency of electric energy generation from 98% -25% from the total efficiency of the installation, we obtain the actual efficiency of the installation in accordance with the invention of 73%, which corresponds to the amount of thermal energy spent on heating the system coolant. Comparing 73% for the second sample using the invention with 58.5% for the first sample without bubbler and heat pump (prototype), we get a real gain in efficiency. The actual efficiency of heat transfer to the coolant from the data from the site so.ru / products / cp / spec.html is only 34.25%.
Тепловые расчеты показывают, что при использовании в установке двигателя внутреннего сгорания для автомобиля ВАЗ 2106 и потреблении им исходного жидкого пропан-бутана при обогреве 2-этажного дома общей плошадью 300 кв.м, отвечающего лучшим современным стандартам теплосбережения, затраты составят 50 кг (около 100 л) этого топлива на 87 дней отопительного сезона.Thermal calculations show that when using an internal combustion engine for a VAZ 2106 car and consuming the original liquid propane-butane when heating a 2-storey building with a total area of 300 square meters that meets the best modern standards of heat saving, the cost will be 50 kg (about 100 k) of this fuel for 87 days of the heating season.
Claims (4)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012151791/12A RU2523243C1 (en) | 2012-12-03 | 2012-12-03 | Device for heating and/or hot water supply |
| CN201310597262.6A CN103851685B (en) | 2012-12-03 | 2013-11-22 | Device for heating and/or hot water supply |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012151791/12A RU2523243C1 (en) | 2012-12-03 | 2012-12-03 | Device for heating and/or hot water supply |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012151791A RU2012151791A (en) | 2014-06-10 |
| RU2523243C1 true RU2523243C1 (en) | 2014-07-20 |
Family
ID=50859650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012151791/12A RU2523243C1 (en) | 2012-12-03 | 2012-12-03 | Device for heating and/or hot water supply |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103851685B (en) |
| RU (1) | RU2523243C1 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SI24856A (en) * | 2014-10-03 | 2016-04-29 | Univerza V Mariboru | A method and a device for the use of low-temperature sources of cogeneration systems with high-temperature heat pump with a water/water concept |
| CN107109995A (en) * | 2014-11-07 | 2017-08-29 | 捷温有限责任公司 | Energy acquiring device for developing heat energy from the medium containing heat energy |
| CN110578950A (en) * | 2019-09-20 | 2019-12-17 | 四川杰瑞恒日天然气工程有限公司 | method for supplying domestic hot water and heating by using internal combustion engine cylinder sleeve water |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2710533A1 (en) * | 1977-03-10 | 1978-09-14 | Motorheizung Gmbh | Diesel generator set with exhaust gas turbine - has screw compressor driven in heat pump circuit |
| US4907738A (en) * | 1984-09-20 | 1990-03-13 | Conserve, Inc. | Heat pump |
| RU2258870C2 (en) * | 2003-09-12 | 2005-08-20 | Кокарев Владимир Архипович | Method for off-line heating of and hot-water supply to dwelling house and off-line system for heating of and hot-water supply to dwelling house |
| US20120291989A1 (en) * | 2009-06-29 | 2012-11-22 | Lightsail Energy Inc. | Compressed air energy storage system utilizing two-phase flow to facilitate heat exchange |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0069564A3 (en) * | 1981-07-02 | 1983-05-04 | Borg-Warner Limited | Heat pump system |
| JPH1170813A (en) * | 1997-08-28 | 1999-03-16 | Denso Corp | Heating system |
| CN1361353A (en) * | 2000-12-25 | 2002-07-31 | 吴水森 | Universal exhaust pipe capable of absorbing waste gas noise and heat of internal combustion engine |
| JP2004142551A (en) * | 2002-10-23 | 2004-05-20 | Sanden Corp | Air conditioning device for vehicle |
| JP4764363B2 (en) * | 2007-02-21 | 2011-08-31 | ヤンマー株式会社 | Engine driven heat pump |
| CN102519162A (en) * | 2011-12-30 | 2012-06-27 | 东风汽车股份有限公司 | Automobile heat pump air conditioning system |
-
2012
- 2012-12-03 RU RU2012151791/12A patent/RU2523243C1/en not_active IP Right Cessation
-
2013
- 2013-11-22 CN CN201310597262.6A patent/CN103851685B/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2710533A1 (en) * | 1977-03-10 | 1978-09-14 | Motorheizung Gmbh | Diesel generator set with exhaust gas turbine - has screw compressor driven in heat pump circuit |
| US4907738A (en) * | 1984-09-20 | 1990-03-13 | Conserve, Inc. | Heat pump |
| RU2258870C2 (en) * | 2003-09-12 | 2005-08-20 | Кокарев Владимир Архипович | Method for off-line heating of and hot-water supply to dwelling house and off-line system for heating of and hot-water supply to dwelling house |
| US20120291989A1 (en) * | 2009-06-29 | 2012-11-22 | Lightsail Energy Inc. | Compressed air energy storage system utilizing two-phase flow to facilitate heat exchange |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103851685A (en) | 2014-06-11 |
| RU2012151791A (en) | 2014-06-10 |
| CN103851685B (en) | 2017-04-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | A case study on compatibility of automotive exhaust thermoelectric generation system, catalytic converter and muffler | |
| CN103089349B (en) | Combined cooling, heating and power device of distributed type industrial boiler | |
| CN103089441B (en) | A kind of distributed pneumatic-Rankine combined cycle cold, heat and electricity triple supply device | |
| CN203081546U (en) | Multifunctional diesel engine tail gas residual heat recycling device | |
| RU2523243C1 (en) | Device for heating and/or hot water supply | |
| CN103727703A (en) | Recycling combined cooling heating and power system | |
| CN205895337U (en) | Coupled system that pressure energy and cool and thermal power trigeminy supplied | |
| CN201837058U (en) | Flue gas heat pump water heater | |
| US10605483B2 (en) | Combination systems and related methods for providing power, heat and cooling | |
| CN103775152A (en) | Engine waste heat and residual heat power system for naval aircraft carrier, naval ship and naval submarine | |
| US11352930B2 (en) | Muffler and catalytic converters for combined heating and power systems | |
| CN205154324U (en) | Internal -combustion engine waste heat power generation facility | |
| CN210531258U (en) | Hydraulic oil tank heating device | |
| CN102383968B (en) | Single-cycle-waterway heat recovering method | |
| CN210921355U (en) | Steam boiler waste heat recovery device | |
| CN204419354U (en) | A kind of utilizing waste heat for refrigeration heats generator set shipping container | |
| CN102116215A (en) | Self-electricity consumption reduction combined cooling heat and power system | |
| CN110486338B (en) | Heating device for hydraulic oil tank | |
| US11193694B2 (en) | Combination systems and related methods for providing power, heat and cooling | |
| Mohammed et al. | Design of pre-cooler for gas turbine at Garri (1and2) power station by using vapor compression refrigeration system | |
| Orozco et al. | Analysis of the Recovered Power in a Thermoelectric Generator Under Different Operating Conditions of Diesel Engine. | |
| CN219713402U (en) | Deep recovery device for waste heat of boiler flue gas | |
| CN203547985U (en) | Automobile tail gas thermodynamic cycle power generating device | |
| CA3023875C (en) | Combination systems and related methods for providing power, heat and cooling | |
| CN221259570U (en) | Heat exchanger equipment for gas turbine power plant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161204 |