АММИАЧНЫЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ЭКОНОМИЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО РАБОТЫ
AMMONIAC LOW-TEMPERATURE EFFICIENT ENGINE AND METHOD FOR ITS OPERATION

Изобретение: «Аммиачный низкотемпературный экономичный двигатель и способ его работы» относится к области энергетики и может быть использовано для производства электроэнергии и как силовая установка для тепловозов, теплоходов и в других промышленных установках, требующих механической работы (лесопильная, мукомольная промышленность и другие отрасли народного хозяйства).
Известны экономичные силовые установки, например дизельная силовая установка, двухтактный дизель ЮМО-4 (см. Тепловые двигатели, автор Н.В.Иноземцев, Оборонгиз НКАП, главная редакция авиационной литературы, Москва, 1945 г., стр.113-114, стр.254-272).
э
Дизельные силовые установки имеют относительно низкий КПД (η=0,4), употребляют дорогое углеводородное топливо (солярка). Максимальная температура в цилиндрах двигателя достигает 2000К, что требует охлаждения цилиндров двигателя и вызывает большие потери тепла с уходящими выхлопными газами и потери тепла при охлаждении цилиндров двигателя.
Суть изобретения: «Аммиачный низкотемпературный экономичный двигатель и способ его работы» состоит в том, чтобы выходные дымовые газы котельной имели температуру ниже температуры атмосферного воздуха, а температура конденсации паров аммиака в контуре аммиачного теплового насоса была использована на нагрев атмосферного воздуха, поступающего в поддувало котельной.
Технический результат: повышение КПД и увеличение срока службы двигателя.
Технический результат достигается тем, что:
1. Аммиачный низкотемпературный экономичный двигатель, состоящий из котельной воздуходувки, аммиачного компрессора, теплообменников, радиаторов, жидкостного аммиачного насоса высокого давления, аммиачной турбины, генератора электрического тока, отличающийся тем, что выход из воздуходувки (4) связан с входом в воздушно-аммиачный теплообменник (5), выход из которого связан трубопроводом (6) с поддувалом топки котельной (1); далее выход из аммиачного компрессора (7) связан с входом в аммиачно-воздушный радиатор (8), выход из которого связан с редукционным клапаном (10), выход из которого связан с аммиачно-аммиачным теплообменником (11), выход из которого связан с входом в аммиачный компрессор (7); далее выход из жидкостного аммиачного насоса высокого давления (12) связан с входом в газо-аммиачный радиатор (13), выход из которого связан с входом в аммиачную турбину (14), выход из которой связан с входом в аммиачно-аммиачный радиатор (15), выход из которого связан с входом в жидкостный аммиачный насос высокого давления (12); далее аммиачная турбина (14), аммиачный компрессор (7), жидкостный аммиачный насос высокого давления (12) воздуходувка (4), генератор электрического тока (17) установлены на одном валу.
3
4
3
3
4
'
'
'
2. Способ работы аммиачного низкотемпературного экономичного двигателя состоит в использовании оптимального значения удельной теплоемкости паров аммиака на входе в аммиачную турбину при параметрах Т=423К; ;  и параметрах на выходе Т=260К;  в использовании аммиачного теплового наем coca, для целей регенерации (возврата) тепла конденсации паров аммиака при Т =350К и тепла охлаждения жидкого аммиака от Т =350К до Т =270К, а также в использовании атмосферного воздуха для переноса тепла конденсации и охлаждения аммиака в аммиачном тепловом насосе в поддувало топки котельной (1).
На фиг.1 изображена кинематическая схема изобретения: «Аммиачный низкотемпературный экономичный двигатель и способ его работы», где:
1 - котельная
2 - устройство и способ приготовления и подачи любого углеводородного топлива в топку котельной
3 - заборник атмосферного воздуха
4 - воздуходувка
5 - воздушно-аммиачный теплообменник
6 - трубопровод, соединяющий выход из воздуходувки с входом в поддувало топки котельной
7 - аммиачный компрессор (АК)
8 - аммиачно-воздушный радиатор
9 - ресивер (сборник) жидкого аммиака в контуре аммиачного теплового насоса
10 - редукционный клапан (дроссель)
11 - аммиачно-аммиачный теплообменник
12 - жидкостный аммиачный насос высокого давления
13 - газо-аммиачный радиатор
14 - аммиачная турбина (AT)
15 - аммиачно-аммиачный радиатор
16 - ресивер (сборник) жидкого аммиака в контуре аммиачной турбины
17 - генератор электрического тока
На фиг.2 изображены термодинамические циклы аммиачной турбины в координатах абсолютная температура в функции энтропии  и аммиачного компрессора в координатах абсолютная температура в функции энтропии
где
Линия а - к - линия начала кипения аммиака
3
Точка «к» - точка критических параметров NH
кр
Т=405,4К; ;
3
Линия к - б - линия конца кипения аммиака (NH).
Термодинамический цикл аммиачного теплового насоса (АТН)
3
Линия 1' - 2' - адиабата сжатия паров NH
3
Линия 2' - 3' - изотерма (изобара) конденсации паров NH
3
Линия 3' - 4' - изобара охлаждения жидкого NH
3
Линия 4' - 5' - адиабата расширения NH
Линия 5' - 1' - изотерма (изобара) кипения аммиака
Термодинамический цикл аммиачной турбины AT
3
Линия 1 - 2 - изотерма сжатия жидкого NH
3
Линия 2 - 3 - изобара подогрева аммиака (NH)
3
Линия 3 -4 - адиабата расширения NH
Линия 4 -1 - изотерма (изобара) конденсации паров аммиака.
Аммиачный низкотемпературный экономичный двигатель (АНЭД) состоит из: котельной установки, аммиачного теплового насоса, воздуходувки, аммиачной турбины, генератора электрического тока.
Работа АНЭД
3
Подогретый в котельной аммиачный газ с давлением 150 кг/см и температурой 423К поступает в аммиачную турбину, где срабатывется давление NH от
3
3
4
4
3
2
2
Р=150 кг/см и температура от Т=423К до давления P=2,5 кг/см и температуры Т=260К (-13°С), вырабатываемая AT мощность расходуется на привод аммиачного теплового насоса (АТН), который возвращает часть тепла конденсации и охлаждения паров NH в поддувало котельной. Вырабатываемая AT мощность расходуется также на привод жидкостного аммиачного насоса высокого давления (12) воздуходувки и на привод генератора электрического тока (17).
3
3
3
3
2
Особенностью работы AT является и то, что используются параметры NH на входе в AT Р=150 кг/см; Т=423К, которые обеспечивают высокое значение удельной теплоемкости  аммиака при постоянном давлении равное  или при молекулярном весе NH µ=17, .
(см. Таблицу 2-95 на стр.65 справочника «Теплофизические свойства веществ» под редакцией проф. Н.Б.Варгафтика, Государственное энергетическое издательство, - М.-Л., 1956 год).
'
'
''
1
2
H
в
Аммиачный тепловой насос (АТН) при кипении аммиака в аммиачно-аммиачном теплообменнике (11) отнимает тепло конденсации аммиака в аммиачно-аммиачном радиаторе (15), при этом температура кипения аммиака T =250К (-23°С) и давление ; при конденсации аммиака в радиаторе (8) нагревается атмосферный воздух в теплообменнике (5), при этом температура конденсации аммиака T =350К (+77°С) и давление . Атмосферный воздух поступает в воздушно-аммиачный теплообменник (5) с температурой Т=288К (+15°С) и нагревается до температуры воздуха, поступающего в котельную (1) T =340К (+67°С). Таким образом имеет место регенерация тепла.
max
Максимальная температура в котельной Т=543К (+270°С).
Возможность изготовления АНЭД определяется действующими: котельными, газовыми турбинами, компрессорами, теплообменниками и радиаторами.
3
р
Возможность изготовления АНЭД подтверждается элементарным термодинамическим расчетом. Расчет производим в удельных параметрах по абсолютным температурам и энтальпиям (теплосодержаниям) с учетом изменения удельного теплосодержания газов (воздуха и NH) при постоянном давлении (Ср кк/кг°) с изменением температуры С=F(TK).
Параметры кипения и конденсации аммиака в контуре аммиачной турбины и в контуре аммиачного теплового насоса берутся из опытных теплофизических таблиц (см. Таблица 29 стр.235 «Сборника задач по технической термодинамике», авторы: Т.Н.Андрианова, В.В.Дзампов, В.Н.Зубарев, С.А.Ремизов, - М.: Энергоиздат, 1981 год).