АММИАЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ АТМОСФЕРНОГО ТЕПЛА И СПОСОБ ЕГО РАБОТЫ Российский патент 1998 года по МПК F01K25/04 

Изобретение относится к области энергетики, преимущественная область использования - производство электроэнергии.

Известно изобретение (авт. св. N 70147, от 12/Х-1944 г.), в котором предлагается использовать тепловой насос для получения механической работы и тепла, рассеянного в земной атмосфере.

Однако, как показывают расчеты, обеспечить конденсацию паров рабочего тела за счет холода, вырабатываемого тепловым насосом, как это указано в авт. св. N 70147, невозможно. Сущность изобретения заключается в том, что в полезную работу превращается тепло "низкого" качества, а именно тепло подземных горячих источников и солнечное тепло, рассеянное в земной атмосфере.

Основные потери тепла имеют место при конденсации паров рабочего тела, а также при парообразовании рабочего тела. Рабочим телом является жидкий аммиак (NH₃), молекулярный вес которого равен 17, молекулярный вес воды 18, таким образом, упругие свойства паров аммиака идентичны упругим свойствам паров воды. Кроме того, температура кипения аммиака при нормальных условиях равна 33^oC, что позволяет утилизировать тепло "низкого" качества, например, тепло горячей воды с температурой 50 - 60^oC.

Возможно использование в качестве рабочего тела и других низкокипящих жидкостей, например фреона - 19.

В изобретении в качестве холодильника используется речная вода.

Для перегрева паров аммиака используется горячий теплообменник теплового насоса.

Для повышения эффективности АДАТ охлажденный воздух теплового насоса используется для бытовых нужд.

АДАТ работает в режиме, при котором коэффициент полезного действия теплового насоса - максимальный.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема аммиачного двигателя атмосферного тепла (АДАТ) где: 1 - воздушный компрессор теплового насоса (ТН); 2 - воздушная турбина ТН; 3 - горячий теплообменник ТН; 4 - холодильная камера ТН; 5 - аммиачная турбина; 6 - конденсатор аммиачных паров; 7 - аммиачный жидкостный насос; 8 - теплообменник кипения аммиака; 9 - генератор электрического тока.

На фиг. 2 в координатах T - S изображен периодический цикл АДАТ, где
линия a-b - линия начала кипения аммиака, b - критическая точка аммиака (T_кр = 405,4 K; P_кр = 112,9 бар; γ = 235 кг/м³;
линия b-c - линия конца кипения аммиака.

Точка 1' - точка начала сжатия жидкого аммиака с параметрами
Точка 2' - точка конца сжатия жидкого аммиака с параметрами
Линия 2' - 3' - линия подвода тепла к аммиаку при постоянном давлении в теплообменнике кипения аммиака и горячем теплообменнике TH, линия 3' - 4' - линия адиабатического расширения упругих паров аммиака от параметров до параметров .

Линия 4' - 1' - линия конденсации паров аммиака.

Воздушный компрессор 1 теплового насоса, воздушная турбина 2 TH, аммиачная турбина 5, а также генератор электрического тока 9 установлены на одном валу.

Технико-экономическая эффективность АДАТ
Принимаем:
T_н = 288 K; P_н = 1 кг/см²;
η_c - КПД сжатия воздуха в ТН;
η_p - КПД расширения воздуха в ТН;
η_c = 0,85; η_p = 0,95;
T₃ - температура воздуха после горячего теплообменника TН; T₃ = 335 K
Q_тн - тепло, эквивалентное энергии привода теплового насоса,

где C_P кк/кг^o - удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении;
η_m - КПД трения ТН; η_m = 0,98; l = 1,35; C_P = 0,24 кк/кг^o; η_o = 0,85

Q_ат - тепло, эквивалентное полезной работе аммиачной турбины
= 290 K;
где C_Pa - удельная теплоемкость паров аммиака при постоянном давлении C_Pa = 0,512 кк/кг^o;
η_o = 0,85;
η_o - внутренний КПД АТ;
T₂ - температура воздуха после сжатия в воздушном компрессоре TН;
Т_в - температура речной воды, Т_в=280 К; = 323 K;

Разность температур T₂ - = 408 - 393 = 15^o
Q_ат = 0,512(393-290)0,85•0,98 = 43,7 кк;
G_в - количество воздуха, поступающее в TН за 1 с.

Q_э - тепло, эквивалентное вырабатываемой электроэнергии;
Q_э = Q_ат - 2,13 Q_тн = 43,7 - 2,13•8,6 = 25 кк.

При этом температура горячей воды (горячего источника) T_в2 = 335 K; t_в = 52^oC.

Без теплового насоса Q_ат = 0,512 (320-290)0,85 • 0,98 = 12,8 кк.

То есть эффективность АДАТ повышается в а

Изобретение предназначено для использования в области энергетики, преимущественная область применения производство электроэнергии. Сущность изобретения заключается в том, чтобы утилизировать не только тепло "низкого" качества (горячих источников воды, бросового тепла технологических процессов), но и солнечное тепло, рассеянное в земной атмосфере. Аммиачный двигатель атмосферного тепла содержит тепловой насос и аммиачную турбину, выходной патрубок которой связан с конденсатором, а выходной патрубок - с патрубком горячего теплообменника теплового насоса, теплообменник кипения аммиака и генератор электрического тока, установленный на одном валу с тепловым насосом и аммиачной турбиной. При этом тепловой насос работает при максимально возможном КПД теплового насоса и в условиях, когда КПД сжатия воздуха в компрессоре ТН η_c = 0,85, КПД расширения воздуха в воздушной турбине ТН η_p = 0,95, температура воздуха на выходе в воздушную турбину ТН T₃ = 335 K, l= 1,35. Изобретение позволяет повысить эффективность использования тепла. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

1. Аммиачный двигатель атмосферного тепла, состоящий из теплового насоса, включающего воздушный компрессор, горячий теплообменник и воздушную турбину, аммиачную турбину, выходной патрубок которой связан с конденсатором, выходной патрубок которого связан с входом жидкостного насоса, а входной патрубок турбины связан с выходным патрубком горячего теплообменника теплового насоса, отличающийся тем, что содержит теплообменник кипения аммиака и генератор электрического тока, причем аммиачная турбина, тепловой насос и генератор электрического тока установлены на одном валу, а теплообменник кипения аммиака подключен к выходному патрубку жидкостного насоса и к входному патрубка горячего теплообменника теплового насоса. 2. Способ работы аммиачного двигателя атмосферного тепла путем использования тепла горячего теплообменника аммиачной турбиной, отличающийся тем, что при заданных КПД сжатия воздуха η_c= 0,85, КПД расширения воздуха η_p= 0,95 и температуре воздуха на выходе из горячего теплообменника Т₃ = 335K, при повышении давления воздуха l = 1,35 является максимальным и составляет

где T₂ - температура воздуха после сжатия в компрессоре теплового насоса, равная 408K;
η_m - механический КПД теплового насоса, равной 0,98;
T_н - стандартная температура атмосферного воздуха, равная 288K;
C_р - удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении.