Аммиачный двигатель атмосферного тепла и способ его работы

Авторы патента:

F01K25/04 - на рабочем теле в двух разных фазах, например вспененной жидкости

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 _c = 0,85, КПД расширения воздуха в воздушной турбине ТН _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.

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;

= 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;

_c - КПД сжатия воздуха в ТН;

_p - КПД расширения воздуха в ТН;

_c = 0,85;

_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;

_m - КПД трения ТН;

_m = 0,98; l = 1,35; C_P = 0,24 кк/кг^o;

_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;

_o = 0,85;

_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

Формула изобретения

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

_c= 0,85, КПД расширения воздуха

_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;

_m - механический КПД теплового насоса, равной 0,98;
T_н - стандартная температура атмосферного воздуха, равная 288K;
C_р - удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

Похожие патенты:

Тепловая машина // 2100620

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в тепловых электростанциях

Двигатель дочкина в.г. с внешним сгоранием, работающий по замкнутому экологически чистому и высокоэкономичному циклу // 2097627

Изобретение относится к энергетическим установкам, преобразующим тепловую энергию в механическую

Поршневой двигатель и паросиловая установка с поршневым двигателем // 2091591

Изобретение относится к энергомашиностроению и касается усовершенствования поршневых двигателей и паросиловых установок с поршневыми двигателями

Геотермальная электростанция // 1694939

Изобретение относится к геотермальной энергетике

Способ осуществления паротурбинного цикла теплосиловой установки // 926335

Би5лио"1'д''а // 373442

Рабочее тело термодинамического цикла для силовой энергетической установки // 370351

Патент 182179 // 182179

Способ пуска теплосиловой установки на низкокипящих веществах // 182178

Гидрогазовая турбина внутреннего горения // 47510

Способ преобразования тепловой энергии в механическую работу и устройство для его осуществления // 2166103

Паротурбинная установка для низкопотенциальных источников пара // 2422643

Изобретение относится к области энергетики, в частности к паровым турбинам, использующим пар низких параметров

Пароводяной винтовой детандер // 2432465

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к паровым машинам объемного расширения, а именно к пароводяным винтовым детандерам, предназначенным для преобразования энергии пара в механическую энергию

Способ и устройство для преобразования тепловой энергии низкотемпературного источника тепла в механическую энергию // 2485331

Изобретение относится к преобразованию тепловой энергии низкотемпературного источника тепла в механическую энергию

Испаритель прямого действия, установка для регенерации энергии и способ регенерации энергии // 2548524

Изобретение относится к энергетике. Испаритель прямого действия для использования в установке для регенерации энергии с циклом Ренкина на органическом носителе содержит корпус с впускным отверстием для газа от теплового источника и выпускным отверстием для газа от теплового источника, причем указанный корпус ограничивает тракт потока газа от теплового источника, проходящий от указанного впускного отверстия к указанному выпускному отверстию, и теплообменную трубку, полностью расположенную в пределах указанного тракта потока газа от теплового источника, причем указанная теплообменная трубка выполнена с возможностью помещения рабочей текучей среды цикла Ренкина на органическом носителе, имеет впускное отверстие для рабочей текучей среды и выпускное отверстие для рабочей текучей среды и ограничивает три зоны: первую зону, смежную с указанным выпускным отверстием для газа от теплового источника, вторую зону, смежную с указанным впускным отверстием для газа от теплового источника, и третью зону, расположенную между указанной первой и указанной второй зоной, причем указанное впускное отверстие для рабочей текучей среды находится в непосредственном проточном сообщении с указанной первой зоной, указанное выпускное отверстие для рабочей текучей среды находится в непосредственном проточном сообщении с указанной третьей зоной, а указанная первая зона в непосредственном проточном сообщении с указанной третьей зоной не находится. Изобретение позволяет повысить эффективность преобразования тепла. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

Тригенерационный цикл и устройство для его осуществления // 2582536

Предлагаемое изобретение относится к области теплоэнергетического машиностроения и может быть использовано в качестве устройств для одновременной генерации тепла, холода и электроэнергии. Заявляемый тригенерационный цикл, а также устройство для его реализации могут быть использованы в энергетике при комплексной генерации тепловой, электрической энергий и холода. В состав рабочего тела входит только один хладагент, который испаряется и перегревается от внешнего источника теплоты. После испарения и перегрева от внешнего источника теплоты пар хладагента расширяется с выработкой механической работы до температуры, превышающей температуру его конденсации от внешних теплоносителей. Затем он конденсируется от внешнего теплоносителя до жидкого состояния и далее дросселируется жидкий хладагент со снижением давления и температуры хладагента и последующим его испарением с выработкой холода. При этом образуется пар хладагента с температурой ниже температур внешних теплоносителей и далее сжимается этот пар до давления и температуры, позволяющих его сконденсировать от внешних теплоносителей с передачей им выделяющейся при этом тепловой энергии. После конденсации жидкий хладагент подается обратно к испарителю, в результате чего цикл замыкается. Применение тригенерационного цикла и установки для его реализации позволит повысить эффективность выработки тепловой, электрической энергий и холода с использованием для этого теплоты сгорания любого углеродсодержащего топлива, топлива из возобновляемых источников, геотермальной энергии, неутилизированной низкопотенциальной энергии крупных ТЭЦ и когенерационных установок на базе двигателей внутреннего сгорания. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ и устройство подачи рабочего тела в нагреватель двигателя // 2636638

Группа изобретений относится к способу и устройству подачи рабочего тела в нагреватель двигателя и может быть использовано в паротурбинных и газотурбинных двигателях электростанций, в воздушно-реактивных двигателях. Буферный способ подачи рабочего тела в нагреватель рабочего тела теплового двигателя характеризуется тем, что буферный сосуд, подключенный к источнику охлажденного рабочего тела (ИОРТ) и наполненный охлажденным рабочим телом из него, отключают от ИОРТ, подключают к нагревателю рабочего тела. Охлажденное рабочее тело из буферного сосуда подают в нагреватель рабочего тела, а в буферный сосуд подают разогретое рабочее тело из нагревателя рабочего тела. Далее буферный сосуд отключают от нагревателя рабочего тела, подключают к ИОРТ. Разогретое рабочее тело из буферного сосуда подают в ИОРТ. В буферный сосуд подают охлажденное рабочее тело из ИОРТ. После чего цикл повторяют. Группа изобретений направлена на обеспечение подачи рабочего тела в нагреватель двигателя отдельными порциями согласно объему буферного сосуда. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.