RU2641775C1

RU2641775C1 - Caloric engine unit heating system

Info

Publication number: RU2641775C1
Application number: RU2016151244A
Authority: RU
Inventors: Александр Семенович Косой; Сергей Викторович Монин; Александр Николаевич Кузенков; Михаил Всеволодович Синкевич; Вадим Владимирович Цыганков
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2018-01-22

Abstract

FIELD: heating system.

SUBSTANCE: system consists of the waste heat exchanger of the exhaust gas heat, the closed loop of the intermediate coolant - the low-boiling liquid, the heat-storing unit, including the heat-storing material, subjected to the reversible melting-crystallization phase transition, the intermediate coolant tube heat exchanger, located between the existing vertical tubes, permeating through the heat-storing unit. The latter is located under the caloric engine unit elements, requiring the heating at negative outside air temperatures - the electric battery, the container with oil and others. The expansion container is connected to the intermediate coolant closed system, and the intermediate coolant evaporator contains the displacement piston in the form of the balls. The heat emission from the heat-storing material of the heat-storing unit is carried out by the natural air convection as it passes through the vertical tubes. The heat storing is provided by passing the caloric engine exhaust gas stream through the waste heat exchanger during the unit operation. The self-adjusting is provided by the presence of the free air volume in the closed expansion container and it is carried out at the heat storing by the displacement of the hot coolant into this container. This self-adjusting heating system is the most effective for unattended units with periodic start caloric engines.

EFFECT: self-adjusting recycling and storing of the caloric engine unit exhaust gases heat energy, the stored heat transfer to the unit elements required heating.

5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, предназначено для саморегулируемого аккумулирования высокопотенциальной теплоты и передачи ее потребителю с низким температурным потенциалом для отопления помещений и нагрева оборудования.The invention relates to heat engineering, is intended for self-regulating accumulation of high potential heat and its transfer to a consumer with a low temperature potential for space heating and equipment heating.

Известно устройство для облегчения запуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС), в котором в качестве источника тепла для аккумуляторной батареи принять подогреватель с топливной горелкой и испарителем, соединенный паропроводом с конденсатором-нагревателем корпуса аккумуляторной батареи, выполненным в виде парожидкостного теплообменника, и жидкостным насосом, размещенным в емкости с рабочей жидкостью и снабженным электроприводом, связанным с аккумуляторной батареей [Патент РФ №1549177, F02N 17/02, F01M 5/02]. A device is known for facilitating the start of an internal combustion engine (ICE), in which a heat source for a storage battery is a heater with a fuel burner and an evaporator connected by a steam line to a condenser-heater of the battery housing made in the form of a vapor-liquid heat exchanger and a liquid pump placed in a container with a working fluid and equipped with an electric drive associated with a battery [RF Patent No. 1549177, F02N 17/02, F01M 5/02].

Кроме этого имеются датчики температуры в паропроводе и в электролите аккумуляторной батареи, а электропривод жидкостного насоса связан с аккумуляторной батареей через контакты датчиков. В качестве рабочей жидкости - низкозамерзающая жидкость, например водоспиртовая смесь.In addition, there are temperature sensors in the steam line and in the electrolyte of the battery, and the electric drive of the liquid pump is connected to the battery through the contacts of the sensors. The working fluid is a low-freezing fluid, such as a water-alcohol mixture.

Для работы данного устройства требуется дополнительный расход топлива и электроэнергии. Устройство не обладает эксплуатационной надежностью из-за повышенной пожароопасности, наличия устройств регулирования: датчиков, электродвигателя, системы управления.The operation of this device requires additional fuel and electricity consumption. The device does not have operational reliability due to increased fire hazard, the availability of control devices: sensors, electric motor, control system.

Известна также бесшумная теплотрубная система охлаждения, включающая источник тепла и соединенные между собой паропроводом и конденсатопроводом испаритель и конденсатор, внутренние поверхности которых покрыты фитилем [Патент РФ №2489665, F28D 15/02, F28D 1/02]. A noiseless heat pipe cooling system is also known, including a heat source and an evaporator and condenser interconnected by a steam and condensate conduit, the inner surfaces of which are covered with a wick [RF Patent No. 2489665, F28D 15/02, F28D 1/02].

В испарителе наружная поверхность корпуса напротив источника тепла покрыта зигзагообразными ребрами, а внутренняя поверхность покрыта решеткой из пористого материала. Капиллярный конденсатор-охладитель представляет собой плоский прямоугольный корпус с продольными вертикальными сквозными воздушными щелями, снабженный размещенными в его противоположных торцах патрубками входа пара и выхода конденсата. Внутри конденсатора-охладителя имеются также решетки и прокладки из различных пористых материалов.In the evaporator, the outer surface of the casing opposite the heat source is covered with zigzag ribs, and the inner surface is covered with a lattice of porous material. The capillary condenser-cooler is a flat rectangular case with longitudinal vertical through air slots, equipped with steam inlet and condensate outlet pipes located at its opposite ends. Inside the condenser-cooler there are also gratings and gaskets made of various porous materials.

Данная система не обладает необходимыми свойствами накапливать теплоту, сложна в изготовлении и не рассчитана на большие тепловые потоки.This system does not possess the necessary properties to accumulate heat, is difficult to manufacture and is not designed for large heat fluxes.

Известен также тепловой аккумулятор из нержавеющей стали, содержащий герметичный наружный корпус, во внутренней полости которого, имеющей пониженное давление, размещен герметичный внутренний корпус с теплоаккумулирующими элементами, охватывающими трубопроводы для циркуляции теплонесущих сред, на входе и выходе из которых установлены запорные клапаны [Патент РФ №2117881, F24H 7/00]. Известный тепловой аккумулятор заряжается от высокотемпературных выхлопных газов двигателя (от 300 до 600°С), что не позволяет применить дешевые теплоаккумулирующими элементы с низкими температурами плавления и кипения для открытых систем. Применение для изготовления деталей аккумулятора нержавеющей стали удорожает изделие.Also known is a stainless steel heat accumulator containing a sealed outer casing, in the inner cavity of which there is a reduced pressure, a sealed inner casing with heat storage elements covering pipelines for circulating heat-carrying media is installed, shut-off valves are installed at the inlet and outlet of them [RF Patent No. 2117881, F24H 7/00]. The well-known thermal battery is charged from high-temperature exhaust gases of the engine (from 300 to 600 ° C), which does not allow the use of cheap heat-accumulating elements with low melting and boiling points for open systems. Application for the manufacture of stainless steel battery parts increases the cost of the product.

Известна также система подогрева двигателя внутреннего сгорания, в которой в качестве источника теплоты принят тепловой аккумулятор фазового перехода, утилизирующий и аккумулирующий тепловую энергию отработавших газов ДВС и состоящий из наружного корпуса, слоя тепловой изоляции и теплоаккумулирующего ядра, в котором находится теплоаккумулирующий материал, претерпевающий обратимый фазовый переход плавление-кристаллизация, и газовый трубный теплообменник [Патент РФ №2170851, F02N 17/00]. Последний используется как для накопления теплоты посредством пропускания через него потока отработавших газов, так и для отдачи теплоты за счет организации вынужденного движения воздуха по воздушной магистрали, состоящей из воздуховодов, воздушного фильтра и вентилятора, подающего горячий воздух в картерное пространство двигателя.Also known is a heating system of an internal combustion engine, in which a phase transition heat accumulator is used as a heat source, utilizing and storing thermal energy of exhaust ICE exhaust gases and consisting of an outer casing, a layer of thermal insulation and a heat storage core, in which there is a heat storage material undergoing a reversible phase the melting-crystallization transition, and a gas pipe heat exchanger [RF Patent No. 2170851, F02N 17/00]. The latter is used both for the accumulation of heat by passing an exhaust gas flow through it, and for the transfer of heat due to the organization of forced air movement along the air line, consisting of air ducts, an air filter and a fan supplying hot air to the crankcase of the engine.

Данная система не обладает эксплуатационной надежностью из-за повышенной пожароопасности, необходимостью обеспечения принудительной продувки воздухом аккумулятора тепла. Необходимость включения вентилятора требует дополнительных энергетических затрат.This system does not have operational reliability due to increased fire hazard, the need to ensure forced air purging of the heat accumulator. The need to turn on the fan requires additional energy costs.

Известен тепловой аккумулятор фазового перехода, принятый за прототип и содержащий цилиндрический корпус со сферическим днищем, блок вертикальных трубчатых капсул, заполненных теплоаккумулирующим веществом, подводящий и отводящий патрубки, снабженный также перегородкой, разделяющей корпус на изолированные камеры, испарителем теплового насоса, расположенным в верхней камере вблизи блока капсул, двумя трубчатыми элементами с отверстиями на поверхности для подачи воздуха [Патент РФ №2241915, F24H 7/00 (прототип)]. Блок капсул закреплен на поперечной перегородке таким образом, что в нижней камере расположен их испарительный участок, а в верхней - конденсационный участок, отводящий патрубок расположен в днище на продольной оси корпуса, а подводящий патрубок - в нижней камере тангенциально корпусу, верхняя камера заполнена теплоаккумулирующей средой, претерпевающей в интервале рабочих температур фазовое превращение.Known heat accumulator of the phase transition, adopted for the prototype and containing a cylindrical body with a spherical bottom, a block of vertical tubular capsules filled with a heat-accumulating substance, inlet and outlet pipes, also equipped with a partition separating the case into insulated chambers, a heat pump evaporator located in the upper chamber near block capsules, two tubular elements with holes on the surface for air supply [RF Patent No. 2241915, F24H 7/00 (prototype)]. The capsule block is fixed on the transverse partition in such a way that their evaporation section is located in the lower chamber, and the condensation section is located in the upper chamber, the outlet pipe is located in the bottom on the longitudinal axis of the housing, and the supply pipe is tangentially in the lower chamber, the upper chamber is filled with a heat storage medium undergoing a phase transformation in the range of operating temperatures.

Известный тепловой аккумулятор фазового перехода технологически сложен и ненадежен из-за необходимости установки дополнительных регулирующих устройств, большого количества герметичных соединений элементов конструкции и наличия подвижных элементов в тепловом насосе, воздушном компрессоре и вентиляторе, не саморегулируем и требует дополнительных энергетических затрат для перекачивания воздуха в двух трубчатых элементах с отверстиями на поверхности и работы теплового насоса.The known phase transition heat accumulator is technologically complicated and unreliable due to the need to install additional control devices, a large number of tight connections of structural elements and the presence of movable elements in the heat pump, air compressor and fan, are not self-regulating and require additional energy costs for pumping air in two tubular elements with holes on the surface and the operation of the heat pump.

Задачей настоящего изобретения является подогрев до необходимой температуры важных элементов установки с тепловым двигателем (аккумулятора, масла системы смазки теплового двигателя - ДВС или газотурбинного (ГТД)), в течение длительного промежутка времени, с целью обеспечения пуска установки при низкой температуре окружающего воздуха, с надежным автоматическим поддержанием умеренных температур теплоаккумулирующего материала во время утилизации тепла высокотемпературных выхлопных газов.The objective of the present invention is to heat up to the required temperature important elements of a plant with a heat engine (battery, oil, lubrication system of a heat engine - ICE or gas turbine (GTE)) for a long period of time, in order to ensure the start-up of the plant at low ambient temperature, with reliable automatic maintenance of moderate temperatures of heat-accumulating material during heat recovery of high-temperature exhaust gases.

Технически задача решается за счет того, что в установке с тепловым двигателем используется система подогрева важных элементов энергетической установки тепловым аккумулятором, включающая саморегулируемое устройство утилизации тепла выхлопных газов, обеспечивающее нагрев теплоаккумулирующего материала до требуемой температуры.Technically, the problem is solved due to the fact that in a plant with a heat engine, a system for heating important elements of a power plant with a heat accumulator is used, which includes a self-regulating device for recovering heat from exhaust gases, which ensures heating of the heat-accumulating material to the required temperature.

Система подогрева установки с тепловым двигателем содержит теплоаккумулирующий блок с теплоаккумулирующим материалом, претерпевающим фазовое превращение в интервале температур (30-80°С) значительно ниже температуры выхлопных газов двигателя (400-600°С), контур низкокипящего промежуточного теплоносителя, расширительную емкость, газотрубный теплообменник - утилизатор выхлопных газов теплового двигателя и элементы установки, требующие нагрева. В отличие от прототипа в теплоаккумулирующем блоке системы установлены пронизывающие его насквозь вертикальные трубы, между которыми в нижней части блока размещены трубы конденсатора замкнутого контура промежуточного теплоносителя. Концы труб конденсатора объединены двумя коллекторами, размещенными друг над другом. Верхний (паровой) коллектор соединен первым трубопроводом с верхней частью испарителя - с верхней частью межтрубного пространства теплообменника-утилизатора, а нижний (конденсатный) коллектор соединен вторым трубопроводом с нижней частью того же испарителя. Эта же нижняя часть испарителя соединена третьим трубопроводом с герметичной расширительной емкостью, которая располагается выше верхнего коллектора конденсатора. Замкнутый контур испаритель-конденсатор заполнен легкокипящим промежуточным теплоносителем, например спиртом (температура кипения при нормальных условиях 78°С). Уровень заполнения жидкости находится выше верхнего парового коллектора испарителя. Над этим уровнем в расширительной емкости имеется свободный объем, заполненный воздухом. И еще, на наружной поверхности расширительной емкости и на соединяющем ее с теплообменником-утилизатором третьем трубопроводе размещены охлаждающие ребра.The heating system of a plant with a heat engine contains a heat storage unit with heat storage material that undergoes a phase transformation in the temperature range (30-80 ° C) much lower than the temperature of the engine exhaust gases (400-600 ° C), a low-boiling intermediate coolant circuit, an expansion tank, a gas pipe heat exchanger - an exhaust gas exhaust engine of a heat engine and installation elements requiring heating. Unlike the prototype, in the heat storage unit of the system, vertical pipes penetrating through it are installed, between which in the lower part of the unit there are placed the condenser pipes of the closed loop of the intermediate coolant. The ends of the condenser pipes are combined by two collectors placed one above the other. The upper (steam) collector is connected by the first pipe to the upper part of the evaporator - with the upper part of the annular space of the heat exchanger-utilizer, and the lower (condensate) collector is connected by the second pipe to the lower part of the same evaporator. The same lower part of the evaporator is connected by a third pipeline to a sealed expansion tank, which is located above the upper collector of the condenser. The closed circuit of the evaporator-condenser is filled with a low-boiling intermediate coolant, such as alcohol (boiling point under normal conditions 78 ° C). The liquid fill level is located above the upper vapor collector of the evaporator. Above this level in the expansion tank there is a free volume filled with air. And yet, on the outer surface of the expansion tank and on the third pipe connecting it to the heat exchanger-utilizer, cooling fins are placed.

Кроме того, межтрубное пространство газотрубного теплообменника-утилизатора заполнено наполнителем - неплотным (сыпучим) материалом, с низкой теплоемкостью и температурой плавления выше температуры выхлопного газа, например чугунными или стеклянными шариками.In addition, the annular space of the gas-tube heat exchanger-heat exchanger is filled with filler - a loose (loose) material, with a low heat capacity and a melting point above the temperature of the exhaust gas, for example, cast-iron or glass balls.

Система подогрева установки с тепловым двигателем располагается так, что теплоноситель, подогревающий установку, - теплый воздух, выходящий из вертикальных труб, поднимается непосредственно к элементам установки, требующим подогрева. При этом для утилизации тепла выхлопных газов выхлоп теплового двигателя подсоединен к атмосфере через трубы испарителя теплообменника-утилизатора системы подогрева установки с тепловым двигателем.The heating system of a plant with a heat engine is positioned so that the coolant that heats the plant - warm air coming out of the vertical pipes rises directly to the elements of the plant that require heating. In this case, for heat recovery of exhaust gases, the exhaust of the heat engine is connected to the atmosphere through the pipes of the evaporator of the heat exchanger-utilizer of the heating system of the unit with a heat engine.

Выполнение системы подогрева установки с тепловым двигателем с четырьмя теплоносителями - высокотемпературные выхлопные газы, промежуточный низкокипящий теплоноситель, теплоаккумулирующий материал и теплый воздух, обеспечивает накопление, хранение и длительный обогрев элементов установки в холодное время. Причем наличие саморегулирования с трансформатором «объем-давление» промежуточного теплоносителя - расширительной емкости с воздушным объемом позволяет при утилизации теплоты высокотемпературных выхлопных газов быстро накапливать теплоту требуемого температурного потенциала материала (90-120°С) - выше температуры кипения промежуточного теплоносителя (78°С). Теплота накапливается во время работы теплового двигателя при протекании выхлопных газов через теплообменник-утилизатор. Теплота выхлопных газов в теплообменнике-утилизаторе испаряет промежуточный теплоноситель, который через конденсатор греет теплоаккумулирующий материал, который в свою очередь отдает тепло конвекцией воздуху, поднимающемуся в вертикальных трубах, погруженных в теплоаккумулирующий материал. И наконец, теплый воздух натекает на элементы установки, обогревая их. Как видно, все тепловые процессы протекают без дополнительных энергетических затрат на проталкивание, вентилирование или регулирование. Задаваемое предельное ограничение по температуре нагрева теплоаккумулирующего материала (90-120°С) обеспечивается саморегулированием: фиксированным давлением в замкнутом контуре промежуточного теплоносителя при вытеснении жидкой фазы теплоносителя из испарителя. Повышенную надежность работы саморегулирующего механизма обеспечивают охлаждающие ребра на наружной стенке расширительной емкости и третьем трубопроводе, соединяющем ее с испарителем. Так, эти ребра поддерживают низкую температуру жидкой фазы промежуточного теплоносителя в данном трубопроводе и расширительной емкости, что препятствует прорыву паровой фазы промежуточного теплоносителя в расширительную емкость. Наличие вытеснителя в испарителе уменьшает объем промежуточного теплоносителя, что обеспечивает минимизацию габаритов расширительной емкости. Низкая теплоемкость наполнителя снижает отрицательные явления, связанные с возможными тепловыми ударами при попадании жидкости на горячую поверхность вытеснителя.The implementation of the heating system of a plant with a heat engine with four heat carriers - high-temperature exhaust gases, an intermediate low-boiling coolant, heat-accumulating material and warm air, ensures the accumulation, storage and long-term heating of the plant elements in cold weather. Moreover, the presence of self-regulation with a volume-pressure transformer of an intermediate coolant - an expansion tank with an air volume allows the heat of the required temperature potential of the material (90-120 ° С) to be quickly accumulated during utilization of the heat of the high-temperature exhaust gases - above the boiling point of the intermediate coolant (78 ° С) . Heat accumulates during the operation of the heat engine during the flow of exhaust gases through the heat exchanger-utilizer. The heat of the exhaust gases in the heat exchanger-utilizer evaporates the intermediate heat carrier, which heats the heat-accumulating material through the condenser, which in turn gives off heat by convection to the air rising in vertical pipes immersed in the heat-accumulating material. Finally, warm air leaks onto the installation elements, heating them. As you can see, all thermal processes occur without additional energy costs for pushing, venting or regulation. The set limit on the heating temperature of the heat-accumulating material (90-120 ° C) is ensured by self-regulation: a fixed pressure in the closed loop of the intermediate coolant during the displacement of the liquid phase of the coolant from the evaporator. The increased reliability of the self-regulating mechanism is provided by the cooling fins on the outer wall of the expansion tank and the third pipe connecting it to the evaporator. So, these ribs maintain a low temperature of the liquid phase of the intermediate coolant in this pipeline and the expansion tank, which prevents the vapor phase of the intermediate coolant from breaking into the expansion tank. The presence of a displacer in the evaporator reduces the volume of the intermediate coolant, which minimizes the dimensions of the expansion tank. The low heat capacity of the filler reduces the negative effects associated with possible thermal shock when liquid enters the hot surface of the displacer.

Таким образом, все заявляемые признаки являются существенными и решают поставленную задачу.Thus, all of the claimed features are significant and solve the problem.

Заявляемое устройство представлено на чертежах:The inventive device is presented in the drawings:

фиг. 1 - система подогрева установки с тепловым двигателем, изометрия;FIG. 1 - system heating system with a heat engine, isometry;

фиг. 2 - система подогрева установки с тепловым двигателем, общий вид;FIG. 2 - system heating system with a heat engine, general view;

фиг. 3 - система подогрева установки с тепловым двигателем, разрез А-А на фиг. 2.FIG. 3 - heating system of a plant with a heat engine, section AA in FIG. 2.

Система подогрева установки с тепловым двигателем содержит теплообменник-утилизатор 1 с герметичным корпусом 2 и газотрубным испарителем 3, расширительную емкость 4, теплоаккумулирующий блок 5 с вертикальными трубами 6 и расположенными между ними трубами 7 теплообменника-конденсатора 8. Имеются патрубки подвода 9 и отвода 10 выхлопного газа, верхний паровой 11 и нижний конденсатный 12 коллекторы, первый 13, второй 14 и третий 15 трубопроводы, наполнитель 16, промежуточный теплоноситель, теплоаккумулирующий материал 18, ребра 19, 20. Теплообменник-конденсатор 8 расположен в нижней части теплоаккумулирующего блока 5, вертикальные трубы 6 насквозь пронизывают теплоаккумулирующий блок 5. Теплоаккумулирующий блок 5 заполнен теплоаккумулирующим материалом 18, претерпевающим обратимый фазовый переход плавление - кристаллизация и располагается под элементами установки с тепловым двигателем, требующими подогрева при отрицательных температурах наружного воздуха - электрическим аккумулятором, емкостью с маслом и другими (не показаны). Испаритель 3 и теплообменник-конденсатор 8 объединены первым 13 и вторым 14 трубопроводами в замкнутый контур промежуточного теплоносителя. Второй трубопровод 14 соединяет нижнюю часть межтрубного пространства герметичного корпуса 2 теплообменника 1 с конденсатным коллектором 12 теплообменника-конденсатора 8. Первый трубопровод 13 соединяет верхнюю часть межтрубного пространства герметичного корпуса 2 теплообменника 1 с паровым коллектором 11 теплообменника-конденсатора 8. Кроме этого, замкнутый контур промежуточного теплоносителя содержит расширительную емкость 4, соединенную третьим трубопроводом 15 с нижней частью межтрубного пространства герметичного корпуса 2 теплообменника 1. Расширительная емкость 4 располагается выше парового коллектора 11, а промежуточный теплоноситель - низкокипящая жидкость, например спирт, залит по уровень выше парового коллектора 11, но без полного заполнения расширительной емкости, так, что в ней есть свободный объем, заполненный воздухом. При этом герметичная расширительная емкость 4 и третий трубопровод 15 не имеют теплоизоляции, снабжены снаружи ребрами 19, 20. В межтрубном пространстве герметичного корпуса 2, испарителя 3, теплообменника-утилизатора 1 размещен наполнитель 16 - неплотный сыпучий материал с низкой теплоемкостью и высокой температурой плавления (выше температуры выхлопных газов), например стеклянные или чугунные сферы (шарики). Патрубок подвода 9 выхлопного газа теплообменника-утилизатора 1 соединен с выхлопом теплового двигателя (ДВС или ГТД не показаны) и через трубную доску с входом в трубный пучок газотрубного испарителя 3. Выход из трубного пучка газотрубного испарителя 3 через трубную доску и патрубок отвода 10 теплообменника-утилизатора 1 соединен с трубой (не показана) выхлопа в атмосферу.The heating system of a plant with a heat engine contains a heat exchanger-heat exchanger 1 with a sealed housing 2 and a gas pipe evaporator 3, an expansion tank 4, a heat storage unit 5 with vertical pipes 6 and pipes 7 located between them of the heat exchanger-condenser 8. There are nozzles for supplying 9 and exhaust outlet 10 gas, upper steam 11 and lower condensate 12 collectors, first 13, second 14 and third 15 pipelines, filler 16, intermediate heat carrier, heat storage material 18, fins 19, 20. Heat exchanger-cond The sensor 8 is located in the lower part of the heat storage unit 5, vertical pipes 6 penetrate the heat storage unit 5. The heat storage unit 5 is filled with heat storage material 18, which undergoes a reversible phase transition melting - crystallization and is located under the elements of the installation with a heat engine that require heating at negative outside temperatures - an electric battery, a container with oil and others (not shown). The evaporator 3 and the heat exchanger-condenser 8 are combined by the first 13 and second 14 pipelines into a closed loop of the intermediate coolant. The second pipe 14 connects the lower part of the annular space of the sealed housing 2 of the heat exchanger 1 with the condensate collector 12 of the heat exchanger-condenser 8. The first pipe 13 connects the upper part of the annular space of the sealed casing 2 of the heat exchanger 1 with the steam collector 11 of the heat exchanger-condenser 8. In addition, the closed loop of the intermediate the coolant contains an expansion tank 4 connected by a third pipe 15 to the lower part of the annulus of the sealed housing 2 heat exchange nnika 1. Expansion tank 4 is located above the steam manifold 11, and the intermediate coolant is a low-boiling liquid, for example alcohol, is poured a level higher than the steam manifold 11, but without completely filling the expansion tank, so that it has a free volume filled with air. At the same time, the hermetic expansion vessel 4 and the third pipeline 15 do not have thermal insulation, are provided with ribs 19, 20 on the outside. In the annulus of the hermetic housing 2, the evaporator 3, and the heat exchanger-utilizer 1, a filler 16 is placed - a loose bulk material with low heat capacity and high melting point ( above the temperature of the exhaust gases), for example glass or cast-iron spheres (balls). The exhaust gas supply pipe 9 of the heat exchanger-heat exchanger 1 is connected to the exhaust of the heat engine (engine or gas turbine engine not shown) and through the tube plate with the entrance to the tube bundle of the gas tube evaporator 3. The outlet from the tube bundle of the gas tube evaporator 3 through the tube plate and the outlet pipe 10 of the heat exchanger the utilizer 1 is connected to an exhaust pipe (not shown) in the atmosphere.

В заявляемой системе подогрева установки с тепловым двигателем может применяться теплоаккумулирующий материал, претерпевающий обратимый фазовый переход плавление - кристаллизация при низких температурах - 30…80°С, например парафин (48-56°С). А легкокипящим промежуточным теплоносителем может быть спирт с температурой кипения при нормальных условиях 78°С.In the inventive heating system of a plant with a heat engine, a heat storage material can be used that undergoes a reversible phase transition melting - crystallization at low temperatures - 30 ... 80 ° C, for example paraffin (48-56 ° C). A low-boiling intermediate coolant may be alcohol with a boiling point under normal conditions of 78 ° C.

Накопление теплоты обеспечивается посредством пропускания через теплообменник-утилизатор 1 потока выхлопных газов теплового двигателя во время работы установки. При этом выхлопные газы от ДВС или ГТД с температурой 400…600°С через патрубок подвода 9 теплообменника-утилизатора 1 поступают в трубный пучок газотрубного испарителя 3, нагревают его и выходят через патрубок отвода 10 и выхлопную трубу в атмосферу. Теплота от нагретого трубного пучка испарителя 3 передается промежуточному теплоносителю - низкокипящей жидкости, которая нагревается и вскипает. Паровая фаза промежуточного теплоносителя по первому трубопроводу 13 поступает в верхний паровой коллектор 11, из которого в трубы 7 теплообменника-конденсатора 8. В паровом коллекторе 11 и трубах 7 пар остывает и конденсируется, отдавая теплоту теплоаккумулирующему материалу 18. Конденсат промежуточного теплоносителя стекает в нижний конденсатный коллектор 12 и через второй трубопровод 14 поступает в нижнюю часть межтрубного пространства герметичного корпуса 2 теплообменника 1. При этом давление в замкнутом контуре повышается до установившегося в соответствии с температурой конденсата промежуточного теплоносителя, связанной с температурой теплоаккумулирующего материала 18, который нагревается до температуры фазового перехода и выше. Предельная температура нагрева теплоаккумулирующего материала 18 (90-120°С), определяемая требованиями потребителя тепла и свойствами теплоаккумулирующего материала, устанавливается тепловым балансом теплоносителей. Испарение промежуточного теплоносителя и повышение давления в испарителе 3 сопровождается повышением температуры кипения и конденсации промежуточного теплоносителя. Вследствие сжатия воздуха в расширительной емкости 4 в ее свободный объем поступает жидкая фаза промежуточного теплоносителя, вытесняемая из испарителя 3, оголяя греющие трубы испарителя 3. При полном выдавливании жидкой фазы промежуточного теплоносителя из испарителя 3 интенсивность теплопередачи в этой части устройства значительно падает из-за минимизации основного фактора переноса тепла: испарение - конденсация. В дальнейшем, повышение температуры трубного пучка газотрубного испарителя 3 вплоть до температуры выхлопных газов - 400…600°С не оказывает существенного влияния на температуру теплоаккумулирующего материала 18, вследствие уменьшения скорости переноса теплоты из-за снижения эффекта прокачки промежуточного теплоносителя 17 при отсутствии конденсата в системе испаритель-конденсатор. Процесс повышения температуры пара промежуточного теплоносителя проходит также без заметного увеличения его количества, а увеличение давления в замкнутом контуре замедляется. При достижении предельной температуры теплоаккумулирующего материала 18 (90-120°С) между всеми теплоносителями устанавливается тепловое равновесие. При отсутствии конденсации теплопередача к теплоаккумулирующему материалу 18 стабилизируется на определенном минимальном уровне - уровне сбалансированности температур трубок испарителя 3, промежуточного теплоносителя, теплоаккумулирующего материала 18, температуру которого определяет также процесс передачи теплоты от теплоаккумулирующего материала 18 воздуху, при естественной конвекцией в вертикальных трубах 6. Теплый воздух из вертикальных труб 6 осуществляет необходимый обогрев элементов установки с тепловым двигателем. Кроме того, охлаждающие ребра 19, 20, охлаждаемые холодным атмосферным воздухом, поддерживают низкую температуру жидкой фазы промежуточного теплоносителя в третьем трубопроводе 15 и расширительной емкости 4, что препятствует прорыву паровой фазы промежуточного теплоносителя в расширительную емкость 4. Наполнитель 16, содержащийся в межтрубном пространстве герметичного корпуса 2, испарителя 3, теплообменника-утилизатора 1, уменьшает объем промежуточного теплоносителя, тем самым, обеспечивая минимальные массогабаритные характеристики расширительной емкости 4.The accumulation of heat is provided by passing through the heat exchanger-utilizer 1 a stream of exhaust gases of a heat engine during operation of the installation. In this case, the exhaust gases from the internal combustion engine or gas turbine engine with a temperature of 400 ... 600 ° C through the supply pipe 9 of the heat exchanger-heat exchanger 1 enter the tube bundle of the gas pipe evaporator 3, heat it and exit through the exhaust pipe 10 and the exhaust pipe to the atmosphere. The heat from the heated tube bundle of the evaporator 3 is transferred to the intermediate coolant - low-boiling liquid, which is heated and boils. The vapor phase of the intermediate coolant through the first pipe 13 enters the upper steam manifold 11, from which to the pipes 7 of the heat exchanger-condenser 8. In the steam manifold 11 and pipes 7, the steam cools and condenses, giving up heat to the heat-accumulating material 18. The condensate of the intermediate coolant flows into the lower condensate the collector 12 and through the second pipe 14 enters the lower part of the annular space of the sealed housing 2 of the heat exchanger 1. In this case, the pressure in the closed circuit rises to the established Gosia in accordance with the temperature of the intermediate coolant condensation associated with temperature heat-accumulating material 18, which is heated to above the phase transition temperature. The maximum heating temperature of the heat storage material 18 (90-120 ° C), determined by the requirements of the heat consumer and the properties of the heat storage material, is set by the heat balance of the heat carriers. The evaporation of the intermediate coolant and the increase in pressure in the evaporator 3 is accompanied by an increase in the boiling point and condensation of the intermediate coolant. Due to the compression of the air in the expansion tank 4, the liquid phase of the intermediate coolant is displaced from its evaporator 3, exposing the heating pipes of the evaporator 3. When the liquid phase of the intermediate coolant is completely squeezed out of the evaporator 3, the heat transfer rate in this part of the device decreases significantly due to minimization The main heat transfer factor: evaporation - condensation. Subsequently, an increase in the temperature of the tube bundle of the gas-tube evaporator 3 up to an exhaust gas temperature of 400 ... 600 ° C does not significantly affect the temperature of the heat-accumulating material 18, due to a decrease in the heat transfer rate due to a decrease in the pumping effect of the intermediate coolant 17 in the absence of condensate in the system evaporator condenser. The process of increasing the temperature of the steam of the intermediate coolant also passes without a noticeable increase in its quantity, and the increase in pressure in the closed loop slows down. Upon reaching the maximum temperature of the heat-accumulating material 18 (90-120 ° C), thermal equilibrium is established between all the heat carriers. In the absence of condensation, the heat transfer to the heat-accumulating material 18 is stabilized at a certain minimum level - the temperature balance of the tubes of the evaporator 3, intermediate heat transfer medium, heat-accumulating material 18, the temperature of which also determines the transfer of heat from the heat-accumulating material 18 to the air, by natural convection in vertical pipes 6. Warm air from the vertical pipes 6 provides the necessary heating elements of the installation with a heat engine. In addition, the cooling fins 19, 20, cooled by cold atmospheric air, maintain a low temperature of the liquid phase of the intermediate coolant in the third pipe 15 and the expansion tank 4, which prevents the vapor phase of the intermediate coolant from breaking through into the expansion tank 4. The filler 16 contained in the annulus the housing 2, the evaporator 3, the heat exchanger-utilizer 1, reduces the volume of the intermediate coolant, thereby ensuring the minimum weight and size characteristics of the expansion ritelnoy capacity 4.

При останове теплового двигателя установки наколенная в теплоаккумулирующем материале 18 теплота с конечным теплоносителем - воздухом, передается элементам установки. Температура теплоаккумулирующего материала 18 падает. При остывании теплоаккумулирующего материала 18 ниже температуры кристаллизации он затвердевает. При этом начальная высокая температура (90-120°С) теплоаккумулирующего материала 18 и его фазовый переход позволяют обеспечить обогрев элементам установки в течение длительного времени. При остывании теплоаккумулирующего материала 18 промежуточный теплоноситель также охлаждается. Давление в замкнутом контуре промежуточного теплоносителя снижается, его паровая фаза конденсируется. При этом воздух в расширительной емкости 4 расширяется, вытесняя промежуточный теплоноситель 17 в испаритель 3. При включении двигателя цикл повторяется.When the heat engine of the installation is stopped, the heat generated in the heat-accumulating material 18 with the final heat carrier - air, is transferred to the installation elements. The temperature of the heat storage material 18 drops. When cooling the heat-accumulating material 18 below the crystallization temperature, it hardens. At the same time, the initial high temperature (90-120 ° C) of the heat-accumulating material 18 and its phase transition allow heating of the installation elements for a long time. When cooling the heat-accumulating material 18, the intermediate coolant is also cooled. The pressure in the closed loop of the intermediate coolant decreases, its vapor phase condenses. In this case, the air in the expansion tank 4 expands, displacing the intermediate coolant 17 into the evaporator 3. When the engine is turned on, the cycle repeats.

Claims

1. The heating system of a plant with a heat engine, comprising a heat storage unit with a heat storage material of a phase transition that undergoes a phase transformation in the range of operating temperatures, a phase transition, an intermediate coolant circuit, an expansion tank, a gas pipe heat exchanger-exhaust gas heat exchanger, installation components requiring heating, characterized in that in the heat storage unit, vertical pipes penetrating through it are installed, between which in the lower part of the bloc The intermediate condenser condenser pipes are located, united by two collectors, the first of which is connected to the upper part of the annular space of the heat exchanger-utilizer, and the lower collector is connected by the second pipeline to the lower part of the annular space of the heat exchanger-utilizer, which is also connected by the third pipeline to the expansion tank, located above the upper collector, above which the liquid level is located in a closed evaporator-condenser circuit low-boiling and intermediate coolant above (level) which in the closed volume has an expansion tank, air.

2. The heating system of a plant with a heat engine according to claim 1, characterized in that the annular space of the gas-tube heat exchanger-heat exchanger is filled with loose (bulk) material with a low heat capacity and a melting point above the temperature of the exhaust gases.

3. The heating system of the installation with a heat engine according to claim 1, characterized in that the fins are located on the outer surfaces of the expansion tank and connecting the heat exchanger-heat exchanger to the third pipeline.

4. The heating system of the installation with a heat engine according to claim 1, characterized in that the vertical pipes of the heat storage unit are located under the heated elements of the installation.

5. The heating system of the installation with a heat engine according to claim 1, characterized in that the exhaust of the heat engine is connected to the atmosphere through the pipes of the evaporator of the heat exchanger-utilizer.