ТН наоборот или цикл Ренкина на фреоне

Предлагаю обсудить возможные пути построения системы автономной генерации на естественной разнице температур воздух-земля.
Идея состоит в том, что если на улице -20, то под землей стабильные +5, которые можно использовать для кипения фреона. Потом давление фреона в паровой фазе можно использовать паровым двигателем, а фреон отправить в конденсатор с уличной температурой (-20). Жидкую фазу после конденсатора закачиваем обратно в испаритель жидкостным насосом.
Примерно так работают тепловые электростанции на цикле Ренкина, только там в качестве теплоносителя используется вода-водяной пар.
В общем случае эффективность преобразования разности температур в электроэнергию будет не очень высокой, но мы ничего не тратим на создание этой разницы, поэтому вполне возможно, что такая система получится экономически выгодной.
Такая система может довольно эффективно работать и летом, если фреон испарять теплом солнечного бойлера, а охлаждать подземным контуром.
Скорее всего будут проблемы с генерацией в межсезонье, когда температура воздуха и температура земли примерно равны. Но в этом случае несложно добавить печку или камин с водяной рубашкой и получить генерацию бонусом к отоплению дома.
Прошу высказываться специалистов по кондиционированию и ТН, ваши знания (надеюсь ) помогут выбрать правильный фреон и подобрать оборудование для построения такой системы.
В первом приближении предполагается крутить автомобильный генератор 12-24 В, возможно аккумуляторы и инвертор, - получать энергию для хотя бы частичного обеспечения жизни в доме.
Присоединяйтесь!

 

Попытки использовать естественную разницу температур делались уже очень давно.
И самодельщики не оставались в стороне. Интересный проект был в свое время опубликован в журнале ИР и журнале "Сделай Сам", - солнечный насос Радченко (в приложении). Эта тема обсуждалась на форуме, но как-то заглохла https://www.forumhouse.ru/threads/73929/.
Особенностью схемы Радченко является использование одного теплообменника и для испарения и для конденсации. Возможно стоит сделать отдельный испаритель и отдельный конденсатор, а между ними поставить компрессор в режиме двигателя. После перекачки всего фреона из испарителя в конденсатор можно парой краников (электро клапанов) поменять направление движения теплоносителя и конденсатор станет испарителем, а испаритель конденсатором. Или вместо краников лучше поставить жидкостный насос для перекачки жидкой фазы фреона в испаритель?
Помогите посчитать?
Сам сейчас изучаю "библию" по ТН (Котзаогланиан)...

 

Нашел любопытную ссылочку на испытание микротурбины на 1 КВт для установки на органическом цикле Ренкина http://turbokom.narod2.ru/index/0-12.
Правда они греют на входе до 120-150 град, конденсируют на 30.

 

Позволю добавить, что "или цикл Ренкина на фреоне" не совсем верное название. Самое главное - разница в пару десятков градусов, но бесконечная. Это разница между температурой земли (даже, наверное, воды) и воздухом. Вариант без фреона вы предложили сами

.

Напомню, у нас система "сделай сам" и усложнять, удорожать её нужно только при невозможности сделать иначе. А то я сейчас предложу вариант реализации за 600 т. р. 1 кВт, притом почти без движущихся частей и очень надежная в эксплуатации. Так вот, давайте сначала разберем варианты без теплообменников, т. к. они (при наших мощностях) громоздки и дороги.

 

Радченко использовал в своей системе пропан-бутан, самый что ни на есть фреон.
И все детальки буквально "со свалки".
Потому и описал.

 

Та система, на которую вы выложили ссылку, использует разницу давлений нагретого и охлажденного воздуха.

 

Вариант 1. Распыляем тёплую(+4) воду непосредственно в холодный (-20) воздух. Эта идея уже приводилась. https://www.forumhouse.ru/threads/181735/page-18#post-14759223
Может развернем её в разных вариантах, в том числе и не цикличных?

 

Если без теплообменников, то получается, что должно быть прямое кипение в земле?
Это если при минусе на улице. А для лета?
Может все-таки теплообменники не стоит сбрасывать со счетов?
Тем более, что труба в трубе вполне можно сделать "на коленке" и легко масштабировать.

 

Может быть...
Только бочки маловато будет. Я бы брал кусок трубы диаметром в полметра-метр, длиной метра 3-4 и и распылял из форсунки от мойки высокого давления... Только установка получается цикличной.
Возьмем к примеру еврокуб. Вмонтируем в крышку пару клапанов и распылитель.
Впрыснули дозу воды - воздух расширился, часть вышла наружу, совершила работу. Остаток остыл, втянул новую дозу холодного воздуха.
Плотность воздуха при -20 - 1,395, при 0 - 1,293, разность 0,102 кг. Это чуть меньше 100 л при 0 град.
Эти 100 л будут "проситься" наружу. Только давление будет малое, - не знаю как утилизировать?
Запустить в аэролифт? для поднятия воды?

 

Нет, у Радченко в системе кипит пропан-бутан, который при расширении (в бочке) заставляет воздух совершать полезную работу.

 

ПуВРД не пойдет, слишком низкая скорость замерзания капель.

 

Прикинул термодинамический КПД цикла Ренкина на фреоне R22 при температурах -20 ...+5, получилось примерно 3%. Небогато.
Но на R12 получается уже 6,9% - уже гораздо лучше!
Буду еще считать (и читать)
На R125 КПД получился порядка 8%. Если на улице -30, то КПД увеличивается до 10,5%.
Уже есть предмет для размышлений...
Для R142b КПД цикла получился больше 1 (1,16).
Это произошло из за того, что (по таблицам) энтальпия жидкой фазы больше энтальпии газовой фазы при одной и той же температуре.
Как такое может быть?
Может кто пояснить физический смысл этого?

 

Интересные расчеты.

 

Да, интересная статья. Только это больше в тему ништяков на замораживании воды.
Мне здесь хотелось поиграться с ништяками на естественной разнице температур типа грунт - воздух или грунт-СК.

 

Тоже нашел пару статей по испытаниям спирального детандера и по исследованию турбин. Видать в Бауманке тоже эту тему ковыряют.
Можно, конечно, попытаться к фреону из грунта прикрутить турбину из автомобиля, но мне кажется, что будут проблемы с утечками фреона. Будет сложно загерметизировать систему должным образом.
Еще приложил статейку по испытаниям турбины Тесла в качестве детандера.