RU2818432C1 - Cryogenic power generation plant - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: cryogenic power generating plant (CPGP) is a binary thermal power plant with high efficiency of conversion of thermal energy into electrical energy. Cryogenic power generating unit provides conversion of heat energy of liquid and gaseous primary heat carriers with temperature higher than −260 °C to electric power, comprises series-connected working body (WB): liquid WB storage tank, evaporator with coolant supply and discharge channels with initial temperature higher than WB boiling temperature, turbine on one shaft with generator, as well as a receiving device connected to a container for storing liquid RT, which are placed inside a sealed heat-insulated housing with installed vacuum inside and internal temperature not higher than boiling point of WB at pressure of 1 bar. At that, in reservoir for storage of liquid WB there is made a valve for pumping out of it evaporated WB and filling it with new liquid WB with temperature below boiling point, wherein the weight of the liquid fuel fed into the vessel is greater than the weight of the liquid fuel involved in circulation during operation of the plant. CPGP allows converting thermal energy into electrical energy as heat accumulates inside the container for storing liquid WB.

EFFECT: cryogenic power generating plant can simultaneously perform the functions of an electric energy accumulator, as well as functions of an industrial refrigerator or air conditioner.

6 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к тепловым электростанциям, преобразующим тепловую энергию, выделяющуюся при охлаждении любого жидкого (за исключением жидкого гелия) или газообразного вещества в электроэнергию с высоким коэффициентом преобразования тепловой энергии в электрическую энергию (90% и более) без угрозы теплового, химического и радиационного загрязнения окружающей среды. Криогенная электрогенерирующая установка (КРЭУ) может использоваться как мобильная электрогенерирующая установка под названием «Криогенный электрогенератор» (КРЭГ) либо в качестве стационарной электрогенерирующей установки под названием «Криогенная электростанция» (КРЭС). КРЭУ является бинарной электрогенерирующей установкой с преимущественно замкнутым обращением рабочего тела (РТ) внутри установки по цепочке «жидкость-газ-жидкость».The invention relates to thermal power engineering, namely to thermal power plants that convert thermal energy released during cooling of any liquid (except liquid helium) or gaseous substance into electricity with a high conversion rate of thermal energy into electrical energy (90% or more) without the threat of thermal, chemical and radiation pollution of the environment. A cryogenic power generating unit (CREU) can be used as a mobile power generating unit called a “Cryogenic Electric Generator” (CREG) or as a stationary power generating unit called a “Cryogenic Power Station” (CPP). KREU is a binary power generating installation with a predominantly closed circulation of the working fluid (PM) inside the installation along the “liquid-gas-liquid” chain.

КРЭУ являются когенерационными установками, которые производят и электроэнергию, и холод, и могут выполнять функции промышленного холодильника или промышленного кондиционера с одновременным получением электроэнергии. КРЭУ одновременно могут выполнять функции накопителя (аккумулятора) электроэнергии.CREU are cogeneration units that produce both electricity and cold, and can perform the functions of an industrial refrigerator or industrial air conditioner while simultaneously generating electricity. KREU can simultaneously perform the functions of a storage device (battery) for electricity.

Изобретение охватывает конструкцию и принцип работы криогенной электрогенерирующей установки (КРЭУ), конструкцию и принцип работы турбины КРЭУ, описание принципа работы термо – гидродинамического цикла КРЭУ. The invention covers the design and principle of operation of a cryogenic power generating unit (CREU), the design and principle of operation of the CREU turbine, and a description of the operating principle of the thermo-hydrodynamic cycle of the CREU.

Широко известны бинарные тепловые электрогенерирующие установки водного цикла Ренкина, применяемые как тепловые (конденсационные) (ТЭС) и атомные (АЭС) электростанции. ТЭС и АЭС преобразуют в электроэнергию тепловую энергию только высокотемпературных теплоносителей (как правило, с температурой более +200°С). Электрический КПД данных электростанций, как правило, не превышает 40% (для «паросилового цикла») или 55% (для «парогазового цикла»), их работа сопровождается тепловым, химическим и радиационным загрязнением окружающей среды.Binary thermal power generating plants of the Rankine water cycle are widely known, used as thermal (condensing) (CHP) and nuclear (NPP) power plants. Thermal power plants and nuclear power plants convert only high-temperature coolants (usually with a temperature of more than +200°C) into electricity. The electrical efficiency of these power plants, as a rule, does not exceed 40% (for the “steam-power cycle”) or 55% (for the “steam-gas cycle”), their operation is accompanied by thermal, chemical and radiation pollution of the environment.

Широко известны также бинарные электрогенерирующие установки органического цикла Ренкина (установки ORC), применяемые как геотермальные электростанции при охлаждении природных водных геотермальных источников с температурой +70 - +100°С. В качестве рабочего тела в установках ORC применены органические вещества (например, пентан, фреоны). Установки ORC лишены недостатков, связанных с загрязнением окружающей среды, но их электрический КПД не превышает 20%.Binary power generating plants of the organic Rankine cycle (ORC plants) are also widely known, used as geothermal power plants for cooling natural water geothermal sources with a temperature of +70 - +100°C. Organic substances (for example, pentane, freons) are used as a working fluid in ORC installations. ORC installations do not have the disadvantages associated with environmental pollution, but their electrical efficiency does not exceed 20%.

Из уровня техники известна криогенная электрогенерирующая станция (RU 2129213 C1, опубл. 20.04.1999 г. Автор Корнеев В.В.), работающая по азотному циклу Ренкина и содержащая емкость для хранения жидкого рабочего тела (РТ) – азота, трубчатый цилиндрический котел для испарения рабочего тела, активную турбину с генератором, систему нагрева и охлаждения РТ, включающую вентилятор, насос, конденсатор с трубопроводами и воздуховодами, оборудованными запорно-регулирующей арматурой. В данном решении применена газовая турбина и конденсация азота осуществляется за ее пределами в конденсаторе при теплообмене с более холодным телом – хладагентом в виде жидкого воздуха с температурой -205°С. Производство жидкого воздуха осуществляется внутри установки посредством применения измененного криогенного регенеративного цикла (цикла Линде) с применением компрессора высокого давления из части потока охлажденного вначале процесса воздуха. Преимуществом данной электрогенерирующей станции по отношению к ТЭС, АЭС и установкам ORC является возможность преобразования в электрическую энергию тепловой энергии теплоносителей с низкой температурой (до -150°С), в том числе тепловой энергии воздуха окружающей среды при любой естественной температуре, зафиксированной на планете Земля. Однако недостатками данной станции являются низкая энергетическая эффективность ее цикла, большое количество оборудования и необходимость в его постоянном ремонте и обслуживании, в результате чего себестоимость электроэнергии, производимой данной установкой, является существенной. Поэтому данная установка не нашла практического применения.A cryogenic power generating station (RU 2129213 C1, published on April 20, 1999, author V.V. Korneev) is known from the prior art, operating according to the Rankine nitrogen cycle and containing a storage tank for the liquid working fluid (PT) - nitrogen, a tubular cylindrical boiler for evaporation of the working fluid, an active turbine with a generator, a RT heating and cooling system, including a fan, pump, condenser with pipelines and air ducts equipped with shut-off and control valves. In this solution, a gas turbine is used and nitrogen condensation is carried out outside it in a condenser during heat exchange with a colder body - a refrigerant in the form of liquid air with a temperature of -205°C. The production of liquid air is carried out inside the plant through the use of a modified cryogenic regenerative cycle (Linde cycle) using a high-pressure compressor from a portion of the initially cooled air flow. The advantage of this power generating station in relation to thermal power plants, nuclear power plants and ORC installations is the ability to convert the thermal energy of low-temperature coolants (up to -150°C) into electrical energy, including the thermal energy of ambient air at any natural temperature recorded on planet Earth . However, the disadvantages of this station are the low energy efficiency of its cycle, a large amount of equipment and the need for its constant repair and maintenance, as a result of which the cost of electricity produced by this installation is significant. Therefore, this installation has not found practical application.

Низкий коэффициент преобразования тепловой энергии в электрическую на указанных выше электрогенерирующих установках водного, органического и азотного цикла Ренкина делает экономически неэффективным создание внутри данных энергоустановок системы накопления (аккумулирования) энергии.The low coefficient of conversion of thermal energy into electrical energy at the above-mentioned power generating installations of the water, organic and nitrogen Rankine cycle makes it economically ineffective to create an energy storage system inside these power plants.

Задачей настоящего изобретения является создание криогенной электрогенерирующей установки (КРЭУ), в которой устранены недостатки указанных выше электрогенерирующих установок, а именно:The objective of the present invention is to create a cryogenic power generating unit (CREU), which eliminates the disadvantages of the above power generating units, namely:

1) резко (до значений в 90% и более) повышен коэффициент преобразования тепловой энергии в электрическую энергию без возникновения угрозы теплового, химического и радиационного загрязнения окружающей среды;1) the coefficient of conversion of thermal energy into electrical energy is sharply increased (to values of 90% or more) without creating a threat of thermal, chemical and radiation pollution of the environment;

2) обеспечена возможность преобразования в электрическую энергию тепловой энергии, полученной от любого газообразного или жидкого (за исключением жидкого гелия) первичного теплоносителя при любой температуре, превышающей -260°С;2) it is possible to convert thermal energy obtained from any gaseous or liquid (except for liquid helium) primary coolant into electrical energy at any temperature exceeding -260°C;

3) создана эффективная система внутреннего накопления (аккумулирования) электроэнергии.3) an effective internal storage system for electricity has been created.

Указанный результат достигается прежде всего за счет применения термо-гидродинамического цикла КРЭУ, ключевым элементом которого является применение турбины КРЭУ специальной конструкции, представляющей собой каскад из двух турбин на одном валу вертикального (по оси) расположения, при этом одна из турбин газовая (ковшового типа), а другая – жидкостная турбина типа «сегнерово колесо». В цикле КРЭУ рабочее тело (РТ) совершает работу в газовой фазе в газовой турбине, конденсируется внутри турбины способом дросселирования, и совершает дополнительную работу в жидкой фазе в жидкостной турбине.This result is achieved primarily through the use of the thermo-hydrodynamic cycle of the CREU, the key element of which is the use of the CREU turbine of a special design, which is a cascade of two turbines on the same shaft of a vertical (along the axis) arrangement, with one of the turbines being gas (bucket type) , and the other is a Segner wheel-type liquid turbine. In the CREU cycle, the working fluid (WF) performs work in the gas phase in a gas turbine, condenses inside the turbine by throttling, and performs additional work in the liquid phase in a liquid turbine.

Кроме турбины криогенная электрогенерирующая установка содержит последовательно соединенные емкость для хранения жидкого рабочего тела, испаритель с каналами подвода и отвода первичного теплоносителя, сопловой блок, генератор, находящийся на одном валу с турбиной, приемное устройство для жидкого РТ, связанное с ёмкостью хранения жидкого РТ. Все перечисленные элементы размещены внутри герметичного теплоизолированного корпуса с установленным вакуумом и рабочей температурой внутри не выше температуры кипения РТ при давлении 1 бар. In addition to the turbine, a cryogenic power generating installation contains a series-connected tank for storing a liquid working fluid, an evaporator with channels for supplying and discharging the primary coolant, a nozzle block, a generator located on the same shaft with the turbine, and a receiving device for liquid RT connected to a storage tank for liquid RT. All of the listed elements are placed inside a sealed, heat-insulated housing with an established vacuum and an operating temperature inside not higher than the boiling point of RT at a pressure of 1 bar.

В качестве рабочего тела КРЭУ могут быть применены фреоны, в состав которых входит только одно химически инертное вещество (например, фреон r134a – тетрафторэтан, r11, r22 и др.), азот, или инертный газ из списка: криптон, ксенон, аргон, неон, гелий. Тип применяемого в КРЭУ РТ зависит от рабочих температур охлаждения первичного теплоносителя (например, фреон r134a применим при охлаждении первичных теплоносителей в диапазоне температур от -10°С до +150°С, азот (жидкий азот) – температур от -140°С и выше, аргон (жидкий аргон) – температур от -140°С и выше, неон (жидкий неон) - температур от -240°С до +100°С, гелий (жидкий гелий) - температур от -260°С до -140°С). Рабочее тело КРЭУ должно представлять собой однородное вещество максимально высокой степени очистки (например, азот высокой степени очистки с содержанием чистого вещества 99,9% и более).Freons, which contain only one chemically inert substance (for example, freon r134a - tetrafluoroethane, r11, r22, etc.), nitrogen, or an inert gas from the list: krypton, xenon, argon, neon, can be used as the working fluid of the CREU. , helium. The type of RT used in the CREU depends on the operating temperatures for cooling the primary coolant (for example, freon r134a is applicable when cooling primary coolants in the temperature range from -10°C to +150°C, nitrogen (liquid nitrogen) - temperatures from -140°C and above , argon (liquid argon) - temperatures from -140°C and above, neon (liquid neon) - temperatures from -240°C to +100°C, helium (liquid helium) - temperatures from -260°C to -140° WITH). The working fluid of the CREU must be a homogeneous substance of the highest degree of purification (for example, highly purified nitrogen with a pure substance content of 99.9% or more).

Изобретение поясняется с помощью фиг.1-4.The invention is illustrated using FIGS. 1-4.

На фиг.1 показана общая схема КРЭУ.Figure 1 shows the general diagram of the power control unit.

На фиг.2 схематично изображена турбина для КРЭУ, вид сверху.Figure 2 schematically shows a turbine for a power steering unit, top view.

На фиг.3 схематично изображена турбина для КРЭУ с движением РТ, вид сбоку.Figure 3 schematically shows a turbine for CREU with RT movement, side view.

На фиг.4 изображены детали соединения ковша газовой турбины и дроссельных трубок жидкостной турбины через переходное устройство.Figure 4 shows details of the connection between the gas turbine bucket and the throttle tubes of the liquid turbine through an adapter device.

Криогенная электрогенерирующая установка (фиг.1) содержит герметичный теплоизолированный корпус (1), внутри которого создан вакуум, например, 0,03 бар, и установлена температура не выше температуры кипения рабочего тела при давлении 1 бар. В корпусе (1) установлены и последовательно соединены емкость (2) для хранения жидкого РТ с клапаном (12) для его подачи и удаления, испаритель (3), снабженный регулировочными вентилями теплоносителя на каналах его подвода (9) и отвода (10), сопловой блок (4), турбина (5) с генератором (6) и приемное устройство (7) для жидкого РТ, связанное с емкостью (2) для его хранения. При этом между приемным устройством (7) и емкостью для хранения (2) установлен регулировочный вентиль (11), а между емкостью для хранения (2) и испарителем (3) установлен обратный клапан (13).The cryogenic power generating installation (Fig. 1) contains a sealed heat-insulated housing (1), inside of which a vacuum is created, for example, 0.03 bar, and the temperature is set no higher than the boiling point of the working fluid at a pressure of 1 bar. In the housing (1) there is installed and connected in series a container (2) for storing liquid RT with a valve (12) for its supply and removal, an evaporator (3) equipped with coolant control valves on the channels of its supply (9) and discharge (10), nozzle block (4), turbine (5) with generator (6) and receiving device (7) for liquid RT, connected to a container (2) for storing it. In this case, a control valve (11) is installed between the receiving device (7) and the storage tank (2), and a check valve (13) is installed between the storage tank (2) and the evaporator (3).

Корпус (1) фреонной КРЭУ может быть выполнен в виде металлической емкости, облицовочной теплоизолирующим материалом. В корпусе КРЭУ на азоте или на инертных газах применима только вакуумная теплоизоляция (сосуд Дьюра), при этом корпус КРЭУ на азоте или на инертных газах должен состоять из двух частей – двух сосудов Дьюара. Причем в нижней части корпуса будет расположен только испаритель, а в верхней части – остальные элементы установки. Это связано с большой разницей температур, которая устанавливается в рабочем режиме эксплуатации КРЭУ на азоте или на инертных газах внутри верхней и нижней части корпуса, и температурой окружающей среды.The housing (1) of the freon power distribution unit can be made in the form of a metal container, lined with heat-insulating material. In the casing of a power supply switchgear running on nitrogen or on inert gases, only vacuum thermal insulation (Dur vessel) is applicable, while the housing of a power switchgear running on nitrogen or on inert gases must consist of two parts - two Dewar vessels. Moreover, only the evaporator will be located in the lower part of the housing, and the remaining elements of the installation will be located in the upper part. This is due to the large temperature difference that is established in the operating mode of operation of the CREU on nitrogen or on inert gases inside the upper and lower parts of the housing, and the ambient temperature.

Емкость для хранения жидкого РТ (2) представляет собой металлическую сферическую ёмкость с клапаном (12) подачи и удаления. К ёмкости присоединяются два трубопровода - снизу для подачи РТ в испаритель, а наискосок сверху – для приема РТ после приемного устройства.The container for storing liquid RT (2) is a metal spherical container with a supply and removal valve (12). Two pipelines are connected to the container - at the bottom for supplying RT to the evaporator, and diagonally at the top for receiving RT after the receiving device.

Испаритель (3) размещается внизу установки и представляет собой теплообменный аппарат. В испаритель подается первичный теплоноситель, (например, вода с температурой не менее +15°С, воздух окружающей среды), который обеспечивает испарение жидкого РТ и перегрев газообразного РТ для небольшого увеличения давления. Трубопровод для транспортировки газообразного РТ связывает испаритель с сопловым блоком, расположенным в верхней части установки.The evaporator (3) is located at the bottom of the installation and is a heat exchanger. A primary coolant is supplied to the evaporator (for example, water with a temperature of at least +15°C, ambient air), which ensures the evaporation of liquid RT and superheating of gaseous RT for a slight increase in pressure. A pipeline for transporting gaseous RT connects the evaporator with the nozzle block located in the upper part of the installation.

Сопловой блок (4) содержит не менее трех прямых сопел с регулировочными вентилями, расположенными по периметру газовой турбины на равном расстоянии друг от друга под углом 120° и направленных на верхнюю часть турбины – ковшовую газовую турбину. The nozzle block (4) contains at least three straight nozzles with control valves located along the perimeter of the gas turbine at an equal distance from each other at an angle of 120° and directed to the upper part of the turbine - the bucket gas turbine.

Приемное устройство (7) выполняется в виде спиральных трубок, расположенных по периметру турбины и входящих в одну общую трубу, соединенную с емкостью для хранения жидкого РТ. Приемное устройство изготавливается таким образом, чтобы частицы жидкого РТ, вылетая из реактивных сопел нижней части турбины, не ударялись о стенки, а попадали в трубки устройства и при движении задевали стенки трубок по касательной. При такой конструкции скорость движения жидкого РТ и его кинетическая энергия теряются минимально. Количество трубок приемного устройства может быть исчисляться в десятках, сотнях или тысячах штук. The receiving device (7) is made in the form of spiral tubes located around the perimeter of the turbine and included in one common pipe connected to a container for storing liquid RT. The receiving device is made in such a way that particles of liquid RT, flying out of the jet nozzles of the lower part of the turbine, do not hit the walls, but fall into the tubes of the device and, when moving, touch the walls of the tubes tangentially. With this design, the speed of movement of the liquid RT and its kinetic energy are lost minimally. The number of receiver tubes can be in tens, hundreds or thousands of pieces.

Турбина (5) для КРЭУ (фиг.2-4) представляет собой каскад из двух турбин, расположенных на одном вертикальном валу. Верхняя турбина является простой ковшовой газовой турбиной, содержащей предпочтительно шесть ковшей (16). The turbine (5) for CREU (Fig. 2-4) is a cascade of two turbines located on the same vertical shaft. The upper turbine is a simple bucket gas turbine containing preferably six buckets (16).

Нижняя выполнена в виде реактивной турбины «сегнерово колесо», в которой трубки турбины одновременно являются дроссельными устройствами, в которых происходит конденсация газообразного РТ методом дросселирования. Нижняя турбина содержит конусную основу (19) и закрепленные на ней дроссельные трубки (17) изогнутой формы, оканчивающиеся реактивными соплами (18). Количество трубок зависит от мощности турбины и составляет, как правило, от 6 до 6000 единиц (фиг.3). The lower one is made in the form of a “Segner wheel” jet turbine, in which the turbine tubes are simultaneously throttling devices in which condensation of gaseous RT occurs using the throttling method. The lower turbine contains a conical base (19) and curved throttle tubes (17) attached to it, ending in jet nozzles (18). The number of tubes depends on the power of the turbine and, as a rule, ranges from 6 to 6000 units (Fig. 3).

Верхняя и нижняя турбины соединены переходным устройством (20) в виде изогнутого конуса, обеспечивающего переход рабочего тела из ковша (16) газовой турбины в дроссельные трубки (17) (фиг.4). The upper and lower turbines are connected by a transition device (20) in the form of a curved cone, which ensures the transition of the working fluid from the gas turbine bucket (16) to the throttle tubes (17) (Fig. 4).

Применение турбины (5) данной конструкции позволяет увеличить механическую энергию ее вращения за счет кинетической энергии движения РТ в газовой форме в верхней газовой турбине ковшового типа и за счет кинетической энергии движения РТ в жидкой форме в нижней турбине типа «сегнерово колесо». Таким образом, почти вся тепловая энергия, которая затрачивается на испарение РТ и на его перегрев в газообразном состоянии для увеличения давления, преобразуется в механическую энергию вращения турбины 5, и далее в электрическую энергию, за исключением технологических потерь на уровне около 10%. The use of a turbine (5) of this design makes it possible to increase the mechanical energy of its rotation due to the kinetic energy of motion of the RT in gas form in the upper gas turbine of the bucket type and due to the kinetic energy of motion of the RT in liquid form in the lower turbine of the “Segner wheel” type. Thus, almost all the thermal energy that is spent on evaporating the RT and on its overheating in the gaseous state to increase pressure is converted into mechanical energy of rotation of the turbine 5, and then into electrical energy, with the exception of technological losses at a level of about 10%.

Предлагаемая нормативная скорость вращения турбины составляет 3000 (3600) об/мин, что обеспечивает выработку генератором КРЭУ переменного тока нормативной частоты 50 Гц (60 Гц). Турбина может быть изготовлена полностью из алюминия, учитывая низкие значения давления и температуры процесса. Важнейшей ее особенностью является то, что это турбина относительно большого диаметра. Диаметр турбины зависит от длины дроссельных трубок, которая, в свою очередь, зависит от значения удельной теплоты конденсации применяемого РТ. Диаметр турбины, в которой рабочими телами являются фреоны, азот или аргон, может достигать значений до 5 м и более.The proposed standard turbine rotation speed is 3000 (3600) rpm, which ensures that the CREU generator generates an alternating current standard frequency of 50 Hz (60 Hz). The turbine can be made entirely of aluminum, taking into account the low pressure and temperature of the process. Its most important feature is that it is a turbine of relatively large diameter. The diameter of the turbine depends on the length of the throttle tubes, which, in turn, depends on the value of the specific heat of condensation of the used RT. The diameter of the turbine, in which the working fluids are freons, nitrogen or argon, can reach values of up to 5 m or more.

В фреонных КРЭУ в качестве генератора (6) могут быть применены традиционные генераторы с щеточной или тиристорной системой возбуждения и механическими подшипниками. В КРЭУ на азоте или инертных газах, применимы генераторы только с возбуждением от постоянных магнитов без применения механических подшипников (например, с подпятниками или магнитными подшипниками). In freon CREUs, traditional generators with a brush or thyristor excitation system and mechanical bearings can be used as a generator (6). In CREU running on nitrogen or inert gases, generators only with excitation from permanent magnets are applicable without the use of mechanical bearings (for example, with thrust bearings or magnetic bearings).

Все аппараты размещаются внутри установки КРЭУ с учетом того, что рабочее тело в газовой фазе должно самостоятельно подниматься вверх, а рабочее тело в жидкой фазе, под действием силы тяжести должно самостоятельно двигаться вниз. Поэтому испаритель располагается в нижней точке корпуса, трубопровод к сопловому блоку направляется строго вверх. Сопловой блок располагается по горизонтали напротив газовой части турбины. Газовая турбина располагается выше жидкостной турбины. В жидкостной турбине конденсируемое РТ движется по конусу вниз и от центра турбины к периферии. Приемное устройство располагается напротив реактивных сопел жидкостной турбины. В приемном устройстве РТ в жидкой фазе по трубопроводам движется вниз к емкости хранения. Из емкости хранения РТ в жидкой фазе движется вниз к испарителю.All devices are placed inside the CREU installation, taking into account the fact that the working fluid in the gas phase must independently rise upward, and the working fluid in the liquid phase must independently move downward under the influence of gravity. Therefore, the evaporator is located at the lowest point of the housing, the pipeline to the nozzle block is directed strictly upward. The nozzle block is located horizontally opposite the gas part of the turbine. The gas turbine is located above the liquid turbine. In a liquid turbine, condensed RT moves downward along a cone and from the center of the turbine to the periphery. The receiving device is located opposite the jet nozzles of the liquid turbine. In the receiving device, RT in the liquid phase moves downward through pipelines to the storage tank. From the storage tank, RT in the liquid phase moves down to the evaporator.

Принцип работы КРЭУ (фиг.1) заключается в следующем.The principle of operation of the CREU (Fig. 1) is as follows.

Перед вводом в эксплуатацию внутренняя поверхность корпуса (1) и всех аппаратов установки вымораживается до температуры чуть ниже (например, на 1°С) температуры кипения РТ при давлении 1 бар (например, при использовании в качестве РТ фреона r134a – посредством прокачки жидкого азота до температуры -27°С, при использовании в качестве РТ аргона – посредством прокачки жидкого азота до температуры -187°С, при использовании в качестве РТ азота – посредством прокачки жидкого неона до температуры -197°С). Далее внутри корпуса (1) установки создается вакуум, (например, на уровне в 0,03 – 0,04 бар), путем выкачивания газовой среды вакуумным насосом через клапан (12) емкости хранения (2).Before commissioning, the inner surface of the housing (1) and all installation devices is frozen to a temperature slightly lower (for example, 1°C) boiling point RT at a pressure of 1 bar (for example, when using freon r134a as RT - by pumping liquid nitrogen to temperature -27°C, when using argon as RT - by pumping liquid nitrogen to a temperature of -187°C, when using nitrogen as RT - by pumping liquid neon to a temperature of -197°C). Next, a vacuum is created inside the housing (1) of the installation (for example, at a level of 0.03 - 0.04 bar) by pumping out the gaseous medium with a vacuum pump through the valve (12) of the storage tank (2).

Далее в емкость хранения (2) заливается жидкое РТ с температурой равной или чуть ниже температуры кипения РТ при давлении 1 бар, (например, с температурой -27°С для фреона r134a, -187°С для аргона, -196°С для азота, -247°С для неона, -270°С для гелия). Пуск установки в работу осуществляется посредством открытия входного вентиля (9) и подачи в испаритель (3) первичного теплоносителя в жидкой или газообразной форме с начальной температурой выше температуры кипения РТ. В результате теплообмена в испарителе происходит испарение и нагрев газообразного РТ при одновременном увеличении его газового давления до нормативного уровня (например, 4-6 бар).Next, liquid RT is poured into the storage container (2) with a temperature equal to or slightly lower than the boiling point of RT at a pressure of 1 bar (for example, with a temperature of -27°C for freon r134a, -187°C for argon, -196°C for nitrogen , -247°С for neon, -270°С for helium). The installation is put into operation by opening the inlet valve (9) and supplying the evaporator (3) with a primary coolant in liquid or gaseous form with an initial temperature above the boiling point RT. As a result of heat exchange in the evaporator, evaporation and heating of gaseous RT occurs while its gas pressure simultaneously increases to a standard level (for example, 4-6 bar).

Газообразное РТ под давлением поднимается в сопловой блок (4). Его вентили открывают, и газообразное РТ подается на приемные ковши верхней газовой части турбины (5). Турбина начинает вращение.Gaseous RT rises under pressure into the nozzle block (4). Its valves open, and gaseous RT is supplied to the receiving buckets of the upper gas part of the turbine (5). The turbine begins to rotate.

В результате совершения работы в верхней газовой турбине КРЭУ снижается давление и температура газообразного РТ, далее РТ на выходе из ковша газовой турбины (16) через переходное устройство (20) попадает в большое количество дроссельных устройств (17) в виде дроссельных трубок с внутренним диаметром не более 0,8 мм на конусной основе (19) нижней турбины, где под действием остаточного давления и центробежной силы движется к их реактивным соплам (18), и, при этом, конденсируется в результате процесса дросселирования. As a result of the work performed in the upper gas turbine of the CREU, the pressure and temperature of the gaseous RT decreases, then the RT at the outlet of the gas turbine bucket (16) through the adapter device (20) enters a large number of throttle devices (17) in the form of throttle tubes with an internal diameter of more than 0.8 mm on the conical base (19) of the lower turbine, where under the influence of residual pressure and centrifugal force it moves to their jet nozzles (18), and, at the same time, condenses as a result of the throttling process.

Жидкое РТ вылетает из реактивного сопла нижней турбины типа «сегнерово колесо», автоматически увеличивая скорость её вращения, и после вылета попадает в неподвижное приемное устройство (7) в виде большого числа спиральных алюминиевых трубок. В приемном устройстве жидкое РТ из большого числа трубопроводов стекает в один трубопровод, по которому оно через регулируемый вентиль (11) возвращается обратно в емкость хранения (2), откуда оно через обратный клапан (13) стекает в испаритель (3), тем самым цикл оборота РТ КРЭУ замыкается. Liquid RT flies out of the jet nozzle of the lower turbine of the “Segner wheel” type, automatically increasing its rotation speed, and after ejection it enters a stationary receiving device (7) in the form of a large number of spiral aluminum tubes. In the receiving device, liquid RT flows from a large number of pipelines into one pipeline, through which it returns through an adjustable valve (11) back to the storage tank (2), from where it flows through a check valve (13) into the evaporator (3), thereby creating a cycle turn RT CREU closes.

Таким образом, тепловая энергия теплоносителя преобразуется в механическую энергию вращения турбины (5), и далее посредством генератора (6) в электрическую энергию.Thus, the thermal energy of the coolant is converted into mechanical energy of rotation of the turbine (5), and then through the generator (6) into electrical energy.

В момент вылета жидкого РТ из турбины до момента его попадания в приемное устройство жидкость пролетает очень небольшое расстояние (2-3 мм) внутри среды корпуса установки с глубоким вакуумом. В момент нахождения в этих условиях жидкое РТ начнет частично испаряться, что, с одной стороны, приведет к повышению давления внутри корпуса, а, с другой стороны, за счет испарения обеспечит сохранение внутри корпуса нормативной температуры. Тем самым будет нивелирована тенденция к повышению внутренней температуры, так как потери тепловой энергии в процессе работы будут накапливаться внутри установки. At the moment the liquid RT leaves the turbine until it enters the receiving device, the liquid flies a very short distance (2-3 mm) inside the environment of the installation housing with a deep vacuum. When under these conditions, the liquid RT will begin to partially evaporate, which, on the one hand, will lead to an increase in pressure inside the housing, and, on the other hand, due to evaporation, it will ensure that the standard temperature inside the housing is maintained. This will neutralize the tendency to increase the internal temperature, since thermal energy losses during operation will accumulate inside the installation.

Для сохранения нормативной температуры внутри корпуса могут быть применены следующие меры:To maintain the standard temperature inside the housing, the following measures can be applied:

1. Частично снижен уровень подачи первичного теплоносителя, при условии не снижения энергии вращения турбины. В этом случае для сохранения энергии вращения используется тепловая энергия, оставшаяся внутри установки от предыдущего цикла.1. The level of primary coolant supply is partially reduced, provided that the turbine rotation energy does not decrease. In this case, to save rotational energy, the thermal energy remaining inside the installation from the previous cycle is used.

2. Производится откачка испаренного РТ из ёмкости хранения (2) через клапан (12) с помощью внешнего вакуумного насоса.2. The evaporated RT is pumped out from the storage tank (2) through the valve (12) using an external vacuum pump.

3. В емкость хранения (2) через клапан (12) заливается новая партия жидкого РТ с температурой ниже температуры кипения при давлении 1 бар.3. A new batch of liquid RT with a temperature below the boiling point at a pressure of 1 bar is poured into the storage container (2) through valve (12).

Заполнение емкости (2) при работе установки не должно превышать 60-70%. Емкость, помимо функции компенсации потерь РТ при обращении в КРЭУ, способна автоматически выполнять функцию конечного конденсатора в отношении тех молекул, которые не сконденсировались внутри турбины. Поэтому масса РТ, заливаемого в емкость, должна быть больше массы РТ, участвующего в обороте в процессе работы установки.The filling of the container (2) during operation of the unit should not exceed 60-70%. The capacitance, in addition to the function of compensating for RT losses when contacting the CREU, is capable of automatically performing the function of a final condenser in relation to those molecules that have not condensed inside the turbine. Therefore, the mass of RT poured into the container must be greater than the mass of RT participating in circulation during the operation of the installation.

КРЭУ обеспечивает высокий КПД преобразования тепловой энергии в электрическую (около 90%) за счет преобразования в механическую энергию вращения турбины кинетической энергии движения потока газового РТ в верхней газовой турбине и кинетической энергии движения потока жидкого РТ в нижней жидкостной турбине. Кинетическая энергия движения РТ в газовой фазе обеспечивается за счет тепловой энергии, полученной от перегрева газовой фазы РТ для увеличения давления газа в испарителе, а кинетическая энергия движения РТ в жидкой фазе обеспечивается за счет перехода тепловой энергии, выделившейся внутри дроссельной трубки при конденсации РТ методом дросселирования, в кинетическую энергию движения конденсата. KREU provides high efficiency of conversion of thermal energy into electrical energy (about 90%) due to the conversion into mechanical energy of turbine rotation of the kinetic energy of the movement of the gas RT flow in the upper gas turbine and the kinetic energy of the movement of the liquid RT flow in the lower liquid turbine. The kinetic energy of movement of the RT in the gas phase is provided by the thermal energy obtained from overheating the gas phase of the RT to increase the gas pressure in the evaporator, and the kinetic energy of movement of the RT in the liquid phase is provided by the transition of thermal energy released inside the throttle tube during condensation of the RT by the throttling method , into the kinetic energy of condensate movement.

Учитывая, что размер тепловой энергии, выделяющейся при конденсации РТ равен размеру тепловой энергии, полученной в испарителе при испарении РТ, то возникает основной энергетический поток цикла КРЭУ: тепловая энергия – испарение РТ в испарителе – конденсация РТ в дроссельных трубках турбины – переход тепловой энергии в кинетическую энергию движения потока конденсата – переход кинетической энергии движения конденсата в механическую энергию вращения турбины при вылете из реактивного сопла – производство электроэнергии. По данной цепочке идет 80-90% энергетического потока КРЭУ.Considering that the amount of thermal energy released during RT condensation is equal to the amount of thermal energy received in the evaporator during RT evaporation, the main energy flow of the CREU cycle arises: thermal energy - evaporation of RT in the evaporator - condensation of RT in the turbine throttle tubes - transfer of thermal energy into kinetic energy of movement of the condensate flow - the transition of the kinetic energy of movement of the condensate into the mechanical energy of rotation of the turbine when leaving the jet nozzle - generation of electricity. 80-90% of the energy flow of the CREU goes through this chain.

Дополнительным вспомогательным энергетическим потоком КРЭУ является обычный энергетический поток традиционных тепловых электростанций (ТЭС, АЭС, установок ORC): тепловая энергия – нагрев газообразного РТ в котле (испарителе) для увеличения газового давления –переход кинетической энергии движения РТ в газовой фазе в механическую энергию вращения газовой турбины – производство электроэнергии. По данной цепочке идет 10-20% энергетического потока КРЭУ. Роль данной цепочки заключается в запуске КРЭУ в работу.An additional auxiliary energy flow of the CREU is the usual energy flow of traditional thermal power plants (CHP, NPP, ORC units): thermal energy - heating of gaseous RT in the boiler (evaporator) to increase gas pressure - transition of the kinetic energy of movement of the RT in the gas phase into the mechanical energy of rotation of the gas turbines – electricity production. 10-20% of the energy flow of the CREU goes through this chain. The role of this chain is to put the power distribution system into operation.

КПД КРЭУ существенно превышает КПД традиционных тепловых электростанций, так как основная выработка электроэнергии осуществляется в жидкостной нижней турбине, которая является гидротурбиной, не относящейся к «тепловым двигателям». Процесс конденсации РТ в дроссельных трубках жидкостной турбины и преобразование кинетической энергии потока РТ в жидкой фазе в механическую энергию вращения турбины КРЭГ происходит при одной постоянной температуре, равной температуре конденсации РТ при давлении в 1 бар. При конденсации РТ методом дросселирования не происходит излучения тепловой энергии в окружающую среду, так как процесс дросселирования – это адиабатический процесс. При конденсации РТ методом дросселирования тепловая энергия, выделяющаяся при конденсации, переходит в кинетическую энергию движения конденсата в соответствии с законами гидродинамики в связи с резким (в сотни раз) увеличением плотности РТ (в соответствии с уравнением Бернулли). При вылете конденсата из реактивного сопла турбины типа «сегнерово колесо», кинетическая энергия движения потока конденсата переходит в механическую энергию вращения турбины и далее в электрическую энергию. Таким образом, в термо-гидродинамическом цикле КРЭУ исключаются потери тепловой энергии, выделяемой при конденсации РТ за пределами турбины в конденсаторе посредством прямого теплообмена с более холодной внешней средой, что характерно для традиционных тепловых электростанций, работающих по циклу Ренкина. The efficiency of CREU significantly exceeds the efficiency of traditional thermal power plants, since the main generation of electricity is carried out in the liquid lower turbine, which is a hydraulic turbine, not related to “heat engines”. The process of RT condensation in the throttle tubes of a liquid turbine and the conversion of the kinetic energy of the RT flow in the liquid phase into the mechanical energy of rotation of the KREG turbine occurs at one constant temperature, equal to the condensation temperature of the RT at a pressure of 1 bar. When condensing RT using the throttling method, there is no radiation of thermal energy into the environment, since the throttling process is an adiabatic process. When condensing the RT using the throttling method, the thermal energy released during condensation is converted into the kinetic energy of condensate movement in accordance with the laws of hydrodynamics due to a sharp (hundreds of times) increase in the density of the RT (in accordance with the Bernoulli equation). When condensate leaves the jet nozzle of a Segner wheel type turbine, the kinetic energy of the movement of the condensate flow is converted into mechanical energy of rotation of the turbine and then into electrical energy. Thus, in the thermo-hydrodynamic cycle of the CREU, losses of thermal energy released during condensation of RT outside the turbine in the condenser through direct heat exchange with a colder external environment, which is typical for traditional thermal power plants operating according to the Rankine cycle, are eliminated.

Цикл КРЭУ является не термодинамическим, а термо-гидродинамическим, поскольку рабочее тело КРЭУ совершает полезную работу не только в газовой фазе в соответствии с законами термодинамики, но и в жидкой фазе в соответствии с законами гидродинамики.The CREU cycle is not thermodynamic, but thermo-hydrodynamic, since the working fluid of the CREU performs useful work not only in the gas phase in accordance with the laws of thermodynamics, but also in the liquid phase in accordance with the laws of hydrodynamics.

Учитывая, что в КРЭУ рабочее тело в жидкой фазе вылетает из турбины с большой скоростью, и далее движется вниз с малыми гидравлическими потерями и большим перепадом высот, применение питательного насоса для подачи жидкого РТ в испаритель не является необходимым условием работы установки. Это обстоятельство не исключает возможности применения питательного насоса для увеличения скорости движения жидкого РТ в отдельных вариантах КРЭУ (например, в фреонных КРЭУ большой мощности).Considering that in the CREU the working fluid in the liquid phase flies out of the turbine at high speed, and then moves downward with low hydraulic losses and a large height difference, the use of a feed pump to supply liquid RT to the evaporator is not a necessary condition for the operation of the installation. This circumstance does not exclude the possibility of using a feed pump to increase the speed of movement of liquid RT in certain variants of CREU (for example, in high-power freon CREU).

Отдельно стоит отметить, что высокий коэффициент преобразования тепловой энергии в электрическую энергию в цикле КРЭУ позволяет создать систему внутреннего накопления электроэнергии при снижении внешнего спроса на электроэнергию. Эта система заключается в монтаже тепловых электрических нагревателей (ТЭНов) (15) внутри испарителя (3). Таким образом, при снижении внешнего потребления, вырабатываемая генератором (6) электроэнергия направляется распределительным устройством (14) на ТЭНы (15) в испарителе (3), при этом пропорционально снижается подача в испаритель (3) первичного теплоносителя через входящий вентиль (9). Благодаря применению такой системы внутреннего накопления электроэнергии, КРЭУ может всегда работать в режиме постоянной нормативной мощности, при этом автоматически обеспечивается соблюдение нормативной частоты переменного тока. Separately, it is worth noting that the high coefficient of conversion of thermal energy into electrical energy in the CREU cycle makes it possible to create a system of internal electricity storage while reducing external demand for electricity. This system consists of installing thermal electric heaters (TEHs) (15) inside the evaporator (3). Thus, with a decrease in external consumption, the electricity generated by the generator (6) is sent by the distribution device (14) to the heating elements (15) in the evaporator (3), while the supply of primary coolant to the evaporator (3) through the incoming valve (9) is proportionally reduced. Thanks to the use of such an internal energy storage system, the CREU can always operate in constant standard power mode, while compliance with the standard alternating current frequency is automatically ensured.

Из-за высокого КПД цикла КРЭУ значение коэффициента потерь энергии при использовании внутреннего накопления (аккумулирования) электроэнергии КРЭУ по цепочке: «электроэнергия – тепловая энергия (ТЭН) – электроэнергия» будет существенно меньше, чем при использовании системы накопления электроэнергии гидроаккумулирующими электростанциями (ГАЭС) либо химическими аккумуляторными батареями.Due to the high efficiency of the CREU cycle, the value of the energy loss coefficient when using the internal accumulation (accumulation) of electricity of the CREU along the chain: “electricity – thermal energy (HEAT) – electricity” will be significantly less than when using an electricity storage system by pumped storage power plants (PSPP) or chemical batteries.

В гелиевых, неонных, азотных и аргонных КРЭУ возможно применение способа накопления (аккумулирования) электроэнергии посредством использования свойства сверхпроводимости ряда металлов и сплавов при криогенных температурах (например, свинца (температура перехода в сверхпроводимость 7 К (-266,2°С)) для гелиевого КРЭУ, или сплава YBa₂Cu₃O₇ (температура перехода в сверхпроводимость 93 К (-179,2°С)) для неонного, азотного или аргонного КРЭУ). In helium, neon, nitrogen and argon CREUs, it is possible to use a method of accumulating electricity by using the superconductivity properties of a number of metals and alloys at cryogenic temperatures (for example, lead (transition temperature to superconductivity 7 K (-266.2 ° C)) for helium CREU, or YBa ₂ Cu ₃ O ₇ alloy (transition temperature to superconductivity 93 K (-179.2 ° C)) for neon, nitrogen or argon CREU).

Таким образом, использование предложенного изобретения позволяет достичь технического результата.Thus, the use of the proposed invention makes it possible to achieve a technical result.

Примеры использования КРЭУ:Examples of using KREU:

1. Фреонная КРЭС мощностью до 100 МВт, используемая для производства электроэнергии на тепловых и атомных электростанциях при одновременном выполнении функции конденсатора водяного пара после паровой турбины ТЭС (АЭС) и охлаждения воды до нормативной температуры (+25°С).1. Freon CRES with a capacity of up to 100 MW, used to produce electricity at thermal and nuclear power plants while simultaneously performing the function of a water vapor condenser after the steam turbine of a thermal power plant (NPP) and cooling water to standard temperature (+25°C).

Ориентировочные расчетные характеристики:Approximate design characteristics:

Мощность – 100 МВтPower – 100 MW

Перепад температур первичного теплоносителя (водяного пара и воды) – от +65°С до +25°С, при выделении тепловой энергии в процессе конденсации водяного пара;The temperature difference of the primary coolant (water vapor and water) is from +65°C to +25°C, when thermal energy is released during the condensation of water vapor;

Расход первичного теплоносителя (воды) – 90,3 кг/сек;Primary coolant (water) consumption – 90.3 kg/sec;

Рабочее тело – фреон r134a (температура кипения -26°С при давлении 1 бар, удельная теплота испарения – 217 кДж/кг);The working fluid is freon r134a (boiling point -26°C at a pressure of 1 bar, specific heat of evaporation - 217 kJ/kg);

Расход РТ – 660 кг/сек;RT consumption – 660 kg/sec;

Диаметр сечения дроссельной трубки – 0,71 мм;The cross-sectional diameter of the throttle tube is 0.71 mm;

Длина дроссельной трубки – 3,55 м;Throttle tube length – 3.55 m;

Расход фреона в 1 дроссельной трубке – 0,15 кг/сек;Freon consumption in 1 throttle tube – 0.15 kg/sec;

Количество дроссельных трубок в турбине – 4404 шт.The number of throttle tubes in the turbine is 4404 pcs.

Диаметр турбины – 5,1 м.Turbine diameter is 5.1 m.

Скорость вылета конденсата из турбины – 20,8 м/секThe speed of condensate leaving the turbine is 20.8 m/sec

Объем теплообменника испарителя – более 100 м³ Evaporator heat exchanger volume – more than 100 ^m3

2. Автономная воздушно-азотная КРЭС мощностью 130 кВт, используемая в качестве промышленного холодильника при одновременном производстве электроэнергии при охлаждении воздуха окружающей среды.2. Autonomous air-nitrogen CRES with a power of 130 kW, used as an industrial refrigerator while simultaneously producing electricity while cooling the ambient air.

Ориентировочные расчетные характеристики:Approximate design characteristics:

Мощность – 130 кВтPower – 130 kW

Перепад температур первичного теплоносителя (воздуха окружающей среды) (∆t) = 22,5°C (например, от +25°С до + 2,5°С);Temperature difference of the primary coolant (ambient air) (∆t) = 22.5°C (for example, from +25°C to + 2.5°C);

Расход первичного теплоносителя (воздуха) – 6,66 кг/сек;Primary coolant (air) consumption – 6.66 kg/sec;

Рабочее тело – азот (температура кипения -195,8°С при давлении 1 бар, удельная теплота испарения – 199 кДж/кг);The working fluid is nitrogen (boiling point -195.8°C at a pressure of 1 bar, specific heat of evaporation - 199 kJ/kg);

Расход РТ (азота) – 0,6 кг/сек;RT (nitrogen) consumption – 0.6 kg/sec;

Диаметр сечения дроссельной трубки – 0,6 мм;The cross-sectional diameter of the throttle tube is 0.6 mm;

Длина дроссельной трубки – 3 м;Throttle tube length – 3 m;

Расход азота в 1 дроссельной трубке – 0,1 кг/сек;Nitrogen consumption in 1 throttle tube – 0.1 kg/sec;

Количество дроссельных трубок в турбине – 6 шт.The number of throttle tubes in the turbine is 6 pcs.

Диаметр турбины – 4,4 м.Turbine diameter is 4.4 m.

Скорость вылета конденсата из турбины – 19,5 м/сThe speed of condensate leaving the turbine is 19.5 m/s

Объём теплообменника испарителя – 14 м³ Evaporator heat exchanger volume – 14 ^m3

Производство холода – 130 кДж/секCold production – 130 kJ/sec

Затраты электроэнергии на производство холода с учетом работы вентилятора мощностью 13 кВт, направляющего поток холодного воздуха в заданном направлении - -117 кВт/сек (то есть плюсом производится 117 кВт/сек электроэнергии).The energy consumption for cold production, taking into account the operation of a 13 kW fan directing the flow of cold air in a given direction, is -117 kW/sec (that is, plus 117 kW/sec of electricity is produced).

3. Неонная КРЭГ для электромобиля мощностью 130 кВт с применением в качестве буферного теплоносителя воды в теплый период (с рабочими температурами от +20°С до +60°С), и фреона r11 (температура плавления (замерзания) -110°С, температура кипения при давлении 1 бар - +23,6°С) в холодный период.3. Neon KREG for an electric vehicle with a power of 130 kW using water as a buffer coolant during the warm period (with operating temperatures from +20°C to +60°C), and freon r11 (melting point (freezing point) -110°C, temperature boiling at a pressure of 1 bar - +23.6°C) during the cold period.

Ориентировочные расчетные характеристики:Approximate design characteristics:

Мощность – 130 кВтPower – 130 kW

Перепад температур первичного теплоносителя (воды) - (∆t) = 15°C (например, от +20°С до +5°С);Temperature difference of the primary coolant (water) - (∆t) = 15°C (for example, from +20°C to +5°C);

Расход первичного теплоносителя (воды) – 2,39 кг/сек;Primary coolant (water) consumption – 2.39 kg/sec;

Рабочее тело – неон (температура кипения -246°С при давлении 1 бар, удельная теплота испарения 86 кДж/кг);Working fluid – neon (boiling point -246°C at a pressure of 1 bar, specific heat of evaporation 86 kJ/kg);

Расход РТ – 1,3 кг/сек;RT consumption – 1.3 kg/sec;

Диаметр сечения дроссельной трубки – 0,4 мм;The cross-sectional diameter of the throttle tube is 0.4 mm;

Длина дроссельной трубки – 0,354 м;Throttle tube length – 0.354 m;

Расход неона в 1 дроссельной трубке – 0,043 кг/сек;Neon consumption in 1 throttle tube – 0.043 kg/sec;

Количество дроссельных трубок в турбине – 30 шт.The number of throttle tubes in the turbine is 30 pcs.

Диаметр турбины – 0,524 мTurbine diameter – 0.524 m

Скорость вылета конденсата из турбины -13,2 м/сThe speed of condensate leaving the turbine is -13.2 m/s

Объём теплообменника испарителя – 0,07 м³. The volume of the evaporator heat exchanger is 0.07 ^m3 .

Claims (6)

1. Криогенная электрогенерирующая установка (КРЭУ), обеспечивающая преобразование в электроэнергию тепловой энергии жидких и газообразных первичных теплоносителей с температурой выше температуры -260°С, содержащая последовательно соединенные по рабочему телу (РТ): емкость (2) для хранения жидкого РТ, испаритель (3) с каналами подвода и отвода теплоносителя с начальной температурой выше температуры кипения РТ, турбину (5) на одном валу с генератором, а также приемное устройство (7), связанное с емкостью для хранения жидкого РТ, которые размещены внутри герметичного теплоизолированного корпуса с установленным вакуумом внутри и внутренней температурой не выше температуры кипения РТ при давлении 1 бар, отличающаяся тем, что в емкости (2) для хранения жидкого РТ выполнен клапан (12) для откачки из нее испаренного РТ и залива в нее нового жидкого РТ с температурой ниже температуры кипения, причем масса РТ, заливаемого в емкость, больше массы РТ, участвующего в обороте в процессе работы установки.1. Cryogenic power generating unit (CREU), providing the conversion of thermal energy of liquid and gaseous primary coolants with a temperature above -260°C into electricity, containing a working fluid (WF) connected in series: a tank (2) for storing liquid RT, an evaporator ( 3) with channels for supplying and discharging coolant with an initial temperature above the boiling point of the RT, a turbine (5) on the same shaft with the generator, as well as a receiving device (7) connected to a container for storing liquid RT, which are placed inside a sealed heat-insulated housing with an installed a vacuum inside and an internal temperature not higher than the boiling point of the RT at a pressure of 1 bar, characterized in that in the container (2) for storing liquid RT there is a valve (12) for pumping out the evaporated RT from it and pouring into it a new liquid RT with a temperature below the temperature boiling, and the mass of RT poured into the container is greater than the mass of RT participating in circulation during the operation of the installation. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что является когенерационной установкой, которая может одновременно выполнять функции производства электроэнергии и холода.2. The installation according to claim 1, characterized in that it is a cogeneration plant that can simultaneously perform the functions of producing electricity and cold. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что работает по термогидродинамическому циклу КРЭУ, в котором рабочее тело совершает полезную работу в газовой фазе в газовой турбине и в жидкой фазе в жидкостной турбине, при этом фазовый переход «газ-жидкость» (конденсация) осуществляется внутри турбины методом дросселирования без излучения тепловой энергии, выделяющейся в процессе конденсации, в окружающую среду.3. The installation according to claim 1, characterized in that it operates according to the thermohydrodynamic cycle of the CREU, in which the working fluid performs useful work in the gas phase in a gas turbine and in the liquid phase in a liquid turbine, while the gas-liquid phase transition (condensation ) is carried out inside the turbine by the throttling method without radiation of thermal energy released during the condensation process into the environment. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что рабочее тело в установке находится в обороте по цепочке «жидкость-газ-жидкость» и представляет собой односоставное вещество высокой степени очистки из указанного списка: фреон r134a либо иной фреон, состоящий из одного химически инертного вещества, азот, криптон, ксенон, аргон, неон, гелий; при этом выбор рабочего тела для КРЭУ определяется условием, что температура кипения рабочего тела при давлении 1 бар должна быть ниже температуры первичного теплоносителя.4. The installation according to claim 1, characterized in that the working fluid in the installation is circulated along the “liquid-gas-liquid” chain and is a single-component substance of high purity from the specified list: r134a freon or another freon consisting of one chemical inert substances, nitrogen, krypton, xenon, argon, neon, helium; in this case, the choice of the working fluid for the CREU is determined by the condition that the boiling temperature of the working fluid at a pressure of 1 bar must be lower than the temperature of the primary coolant. 5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что турбина установки представляет собой каскад из двух турбин, расположенных на одном валу вертикального (по оси) расположения, включающая верхнюю газовую турбину ковшового типа и нижнюю жидкостную турбину типа «сегнерово колесо», при этом конструкция турбины типа «сегнерово колесо» включает конусную основу и закрепленные на ней дроссельные трубки изогнутой формы, оканчивающиеся реактивными соплами; обе турбины соединены переходным устройством в виде изогнутого конуса, обеспечивающим переход рабочего тела из газовой турбины в дроссельные трубки, в которых происходит конденсация рабочего тела методом дросселирования.5. The installation according to claim 1, characterized in that the turbine of the installation is a cascade of two turbines located on the same vertical shaft (along the axis), including an upper gas turbine of the bucket type and a lower liquid turbine of the “Segner wheel” type, while the design of a “Segner wheel” turbine includes a conical base and curved throttle tubes attached to it, ending in jet nozzles; both turbines are connected by a transition device in the form of a curved cone, which ensures the transition of the working fluid from the gas turbine to throttle tubes, in which condensation of the working fluid occurs using the throttling method. 6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что включает систему внутреннего накопления (аккумулирования) электроэнергии либо посредством теплового аккумулирования по цепочке «электроэнергия – тепло (ТЭН) – электроэнергия», либо посредством использования свойства сверхпроводимости металлов и сплавов в условиях криогенных температур.6. The installation according to claim 1, characterized in that it includes a system for internal accumulation (accumulation) of electricity either through thermal accumulation along the chain “electricity – heat (TEH) – electricity”, or through the use of the superconductivity properties of metals and alloys at cryogenic temperatures.