Создание энергетических установок малой (единицы – десятки киловатт) мощности, страница 2

Рис 3.2 Технология Turbosteamer.

Turbosteamer основан на принципе парового двигателя: жидкость нагреваются до образования пара в двух контурах, и это используется для питания двигателя. Основным поставщиком энергии является высокотемпературный контур, который использует тепло отработанных газов от двигателя внутреннего сгорания в качестве источника энергии через теплообменники. Более 80 процентов тепловой энергии, содержащейся в выхлопных газах, перерабатывается с использованием этой технологии. Затем пар поступает непосредственно в блок расширения, который связан с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания. В качестве второго источника энергии для Turbosteamer, выступает тепло, которое поглощается контуром охлаждения двигателя.

  3.3 Транспортная поршневая установка на низкокипящем теплоносителе.

В данной работе, аналогично проекту Turbosteamer, предлагается использовать тепло выхлопных газов ДВС гибридного автомобиля в качестве источника энергии для дополнительной энергетической установки на низкокипящем теплоносителе. Однако, в отличие от проекта фирмы BMW, данная энергетическая установка работает не непосредственно на привод колес автомобиля, а подзаряжает буферный аккумулятор.  Такая конструкция позволяет «развязать» динамические характеристики автомашины и динамические характеристики поршневого двигателя на парах фреона.

Полагаем, что мощность ДВС гибридного автомобиля составляет 42кВт. В связи с тем, что температура выхлопных газов из ДВС составляет порядка 700°С, использовать их напрямую во фреоновом цикле представляется невозможным, т.к. существует опасность разложения фреона при столь высоких температурах. Поэтому, предполагается, что непосредственно после ДВС к выхлопным газам подсасывается дополнительный холодный воздух, снижая  их температуру до 250°С. Расход разбавленных выхлопных газов составляет в таком случае G_в =0.264кг/с. Предполагается, что в испарителе выхлопные газы отдают практически всю свою избыточную теплоту, и теплоперепад на выходе из испарителя составляет не более ΔТ=12°С. Предполагаемый дополнительный энергетический цикл (рис. 3.4) функционирует следующим образом. В испарителе И фреон испаряется, нагреваясь выхлопными газами двигателя внутреннего сгорания (ДВС), при температуре 120°С. Затем пары фреона подаются в цилиндры пневмодвигателя, происходит рабочий такт, далее фреон конденсируется в воздушном конденсаторе К при температуре 32 °С, и через насос вновь попадает в испаритель И.

Рис 3.4. Принципиальная схема транспортной установки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Проведенные в данной работе исследования позволяют прийти к следующим выводам:

1. Несмотря на то, что КПД  стационарной энергетической установки на низкокипящем теплоносителе заметно ниже, чем КПД аналогичной установки на солнечных батареях, стоимость предполагаемой установки оказывается даже несколько ниже, при примерно том же сроке окупаемости. В связи с этим можно заключить, что установки на низкокипящем теплоносителе представляются весьма перспективными для малой энергетики.

2. КПД транспортной поршневой установки получился более высоким, чем у стационарной. Это обусловлено более высоким температурным потенциалом, и соответственно более высоким показателем степени расширения. Суммарный КПД двигателя внутреннего сгорания с использованием фреонового цикла для частичной утилизации тепла выхлопных газов получается на 8% больше и достигает 38%. Полученное значение КПД довольно близко к КПД ТЭЦ(40%), это создает серьезную конкуренцию электромобилям, учитывая их недостатки, а именно малый запас хода без подзарядки и высокую стоимость.

Из полученных в работе результатов следует заключить, что поршневые установки на низкокипящем теплоносителе представляются весьма перспективными как для малой энергетики, использующей низкопотенциальное тепло и солнечную энергию, так и для транспортной энергетики. Как представляется, потенциал этих установок в настоящее время существенно недооценен.