[go: up one dir, main page]

NO20180312A1 - Metode for å utvinne mekanisk energi fra termisk energi - Google Patents

Metode for å utvinne mekanisk energi fra termisk energi Download PDF

Info

Publication number
NO20180312A1
NO20180312A1 NO20180312A NO20180312A NO20180312A1 NO 20180312 A1 NO20180312 A1 NO 20180312A1 NO 20180312 A NO20180312 A NO 20180312A NO 20180312 A NO20180312 A NO 20180312A NO 20180312 A1 NO20180312 A1 NO 20180312A1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
energy
thermodynamic cycle
enthalpy
fluid
cycle
Prior art date
Application number
NO20180312A
Other languages
English (en)
Inventor
Olav Hellum
Original Assignee
Entromission As
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Entromission As filed Critical Entromission As
Priority to NO20180312A priority Critical patent/NO20180312A1/no
Priority to PCT/NO2019/000005 priority patent/WO2019168404A1/en
Publication of NO20180312A1 publication Critical patent/NO20180312A1/no

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/04Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for the fluid being in different phases, e.g. foamed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00Other machines or engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

Metode for å utvinne mekanisk energi fra termisk energi
TEKNIKKENS STAND
Det er kjent at man kan utvinne mekanisk energi fra termisk energi. Dette krever et drivfluid i en termodynamisk syklus. En slik syklus har ingen praktisk nytteverdi hvis den ikke avgir netto mekanisk energi. Ekspansjonsenergien må være større enn kompresjonsarbeidet.
Mekanisk energi – entalpi og indre energi
indre energi (symbol U) = kjemisk energi termisk energi
entalpi (symbol H) = kjemisk energi termisk energi trykk x volum (PV)
Entalpi inneholder en komponent for mekanisk energi, PV, som er den isotermiske energidifferansen mellom entalpi H og indre energi U. Av dette følger at entalpi alltid er større enn indre energi. Sammenhengen kan uttrykkes slik: H = U PV
PATENTBESKRIVELSE
Beregningseksempelet viser en termodynamisk syklus. Det vil si en syklus der åpningstilstand er identisk med avsluttende tilstand. I den beskrevne fremgangsmåten er størrelsesforholdet mellom entalpi og indre energi avgjørende for mekanisk energiutbytte og for opptak av termisk energi. Det er karakteristisk for syklusen at energiutbyttet er basert på differansen mellom entalpi og indre energi, og det forutsettes derfor at PV er betydelig. Det forutsettes også høy korrelasjon mellom ekspansjonens maksimale PV og den samme ekspansjonens entalpidifferanse. Karakteristiske og prinsipielle trekk må følgelig defineres og avgrenses ved referanser til entalpi og indre energi.
Beregningseksempelet viser de karakteristiske trekkenes funksjon og betydning i en praktisk utførelse. Det viser ekspansjonsenergi og termisk energiopptak, med temperaturreservoarer. I beregningseksempelet er ekspansjonsenergien 3-4 ganger større enn kompresjonsenergien.
Fremgangsmåten gir dermed netto mekanisk energiutbytte.
Beregningseksempel termodynamisk syklus med NH3
Mekanisk energi frigjøres når væske – her NH3– ekspanderer. I beregningseksempelet er energien 44,3 J/g. Ekspansjonen er fra 678,53 til 668,6 kg/m<3>, og temperaturen synker fra 255 K til 250,45 K. Gjennom den beskrevne syklusen økes densiteten – fra 668,6 kg/m<3>og tilbake til 678,53 kg/m<3>. Kompresjonsenergien skal være signifikant lavere enn 44,3 J/g.
Ved ekspansjon fra 668,6 til 27,5 kg/m<3>faller temperaturen fra 250,45 K til 241 K, og fluidet separeres i to faser. Tilstanden ender på dampkvalitet 0,03284. Entropien i væskedelen synker med temperaturen. Slik får man – ved 241 K – en masse der 96,716 % har entropiverdien 0,905 J/g*K.
Samlet entropi synker ikke gjennom ekspansjonen (2. hovedsetning) fra 668,6 til 27,5 kg/m<3>. Den forutsettes derimot å øke 1,3 % – fra 1,0771 til 1,0912 J/g*K. Gassentropien stiger nødvendigvis. Den blir 6,5733 J/g*K. Dampkvalitet 0,03284 innebærer at gassandelen er 3,284 % av massen ved 241 K og 27,5 kg/m<3>.
Entropien i gassdelen kan senkes – også med et reservoar på 277 K. Dette kan skje til tross for økende fluidtemperatur – fra 241 K til 280 K. Entropien kan senkes fra 6,5733 til 1,5860 J/g*K. Forutsetningen er fortetting fra 0,94 kg/m<3>til 628 kg/m<3>med T =< 280 K. Fortettingen krever mekanisk arbeid, 342 – 370 J/g. For 0,03284 gram gass blir dette 11,23 --- > 12,15 joule.
Den fortettede gassen, fortettet til 628 kg/m<3>– blandes med væskedelen, som holder 680,51 kg/m<3>. Dermed er densiteten tilbake på 678,53 kg/m<3>– med temperatur 242,3 K og entropi 0,929 J/g*K. Operasjonen koster 12 joule i kompresjonsenergi, dvs. under 1/3 av avgitt 44,3 J/g. Netto mekanisk energiutbytte blir dermed 32 J/g.
Den antatte fordelen med denne fremgangsmåten er overlappende temperaturreservoar. I beregningseksempelet kan både prosessen fortetting fra 0,94 til 628 kg/m<3>og prosessen isochor oppvarming fra 242,3 til 255 K skje ved reservoartemperatur mellom 264 K og 277 K.
Dette betyr at entropireduksjon og energiopptak kan foregå ved hjelp av ett og samme temperaturreservoar, for eksempel 277 K (+4<0>C). Slik dannes en tydelig kontrast til Carnotprosessen, som ikke fungerer uten en tydelig differanse mellom reservoarene THog TL.
Prinsippskisse med prosessdata
Beregningseksempel – detaljert – fra punkt til punkt
A til BSisentropisk 1,0771 J/g*K
A 678,53 kg/m<3>255,00 K 30 MPa H = 283,82 J/g
BS668,60 kg/m<3>250,45 K 0,16836 MPa H = 239,52 J/g Isentropisk prosess/trykkendring i væske gir energiutbytte 44,3 J/g
BStil BL V
BS668,60 kg/m<3>250,45 K 0,16836 MPa H = 239,52 J/g
BL V27,50 kg/m<3>241,00 K 0,10745 MPa H = 242,02 J/g Entropiøkning 1,3 % fra 1,0771 til 1,0912 J/g*K
NIST isochoric properties 27,5 kg/m<3>
Ekspansjonen fra 668,6 til 27,5 kg/m<3>foregår med trykk mellom 0,16836 MPa og 0,10745 MPa. Avgitt mekanisk energi er dermed ubetydelig.
Samlede tilstandsverdier for BL V
K MPa kg/m<3>U J/g H J/g S J/g*K phase 241 0,10745 27,5/0,03284 238,11 242,02 1,0912 liquid/vapor Dampkvalitet er 0,03284. Det betyr at 3,284 % av massen er i gassfase. 96,716 % er væske.
Tilstand BL
K MPa kg/m<3>U J/g H J/g S J/g*K phase 241 0,10745 680,51 197,0 197,16 0,905 liquid Tilstand BV
K MPa kg/m<3>U J/g H J/g S J/g*K phase 241 0,10745 0,93976 1448,9 1563,2 6,5733 vapor
Fra punkt BL Vtil punkt C
Punkt C skal ha samme masse og densitet som punkt A, dvs.1 gram og 678,53 kg/m<3>. Temperaturen skal være nærmest mulig 241 K. Fremgangsmåte:
Massen med tilstand BL(liquid 0,96716 gram) endres ikke. Massen med tilstanden BV(vapor 0,03284 gram) fortettes fra 0,94 til 628 kg/m<3>(til BVDpå skissen).
K MPa kg/m<3>U J/g H J/g S J/g*K phase 241 0.10745 0.93976 1448.9 1563.2 6.5733 vapor 280 0.55092 628 374.12 375.00 1.5860 liquid/vapor
-4-
Kompresjonsenergien er beregnet til 342 J/g. For 0,03284 gram blir det 11,23 joule.
Massene BLog den fortettede BV– som er blitt væsken BVD– blandes adiabatisk og proporsjonalt mht. densitet, entropi og energi:
temperatur masseandel S J/g*K H J/g density kg/m<3>
BL241 K 96.716 % 0.905 197.16 680.51
BVD280 K 3.284 % 1.586 375 628
Den nye tilstanden blir, ifølge NIST:
vapor & liquid fluid data – samlet og blandet 678,53 kg/m<3>
temp K pressure MPa quality internal U enthalpy H entropy S phase 242.30 0.11457 7.8697e-07 202.79 202.96 0.92901 liquid/vapour Dette er den tilstanden som skal utgjøre punkt C.
Densiteten i C er 678,53 kg/m<3>, som i punktet A. Entropien er senket fra 1,0912 til 0,92901 J/g*K.
Med temperaturen 242,3 K kan fluidet oppta varme fra reservoaret 264 K, slik at fluidtemperaturen stiger til 255 K.
Fra punkt C til punkt A
Densiteten holdes på 678,53 kg/m<3>, og det blir en isochor temperaturøkning. Gassandelen er ubetydelig (quality 7.8697e-07) ved 242,3 K, og metning inntreffer ved 242,6 K. Ved 243 K er det synlig forskjell mellom U-økning og H-økning.
Temperaturen i reservoaret 264 K er på ethvert punkt signifikant høyere enn i fluidet. Økningen på 80,86 J/g (H) må i sin helhet overføres fra reservoaret 264 K.
K MPa kg/m<3>U J/g H J/g S J/g*K phase
242.3 0.11457 678.53 202.79 202.96 0.92901 liquid/vapour 255 30 678.53 239.61 283.82 1.0771 liquid
Fordi fluidet er i ren væskefase nesten hele temperaturintervallet, er entalpiøkningen�H mer enn dobbelt så høy som økningen i indre energi ΔU:
ΔU ΔH
økning fra 242,3 K til 255 K 36.82 J/g 80.86 J/g
Etter isochor oppvarming med energi fra reservoar 264 K er tilstanden tilbake i A.

Claims (4)

PATENTKRAV
1. Termodynamisk syklus, i.e. begynnelsestilstand lik sluttilstand, karakterisert ved en korrelasjon > 0,8 mellom ekspansjonens entalpidifferanse ( ΔH) og den maksimale PV-verdien som opptrer i nevnte ekspansjon.
2. Termodynamisk syklus, i.e. begynnelsestilstand lik sluttilstand, karakterisert ved at termisk energiopptak er en isochor oppvarming med entalpiøkning ( ΔH) minst 80 % høyere enn økningen i indre energi ( ΔU).
3. Termodynamisk syklus, i samsvar med krav 1 og 2, karakterisert ved at syklusens drivfluid opptrer som monofasefluid og 2-fasefluid.
4. Termodynamiske syklus, i samsvar med krav 1 og 2, karakterisert ved at metodens termodynamiske syklus kan benytte samme temperaturreservoar som varmesluk (TL) og som varmekilde (TH).
SAMMENDRAG
En fremgangsmåte for å utvinne mekanisk energi fra termisk energi. Metoden avviker prinsipielt fra kjent teknikk ved at energiutbyttet er basert på differansen mellom entalpi og indre energi.
Fremgangsmåten er konsistent med en termodynamisk syklus. I beskrivelsen er temperaturreservoaret for kjøling 277 K (+4<0>C). Varmereservoaret kan ha en hvilken som helst temperatur over 255 K (-18<0>C). Det kan dermed være 277 K.
Fremgangsmåten er beregnet med fluiddata fra National Institute of Standards and Technology (USA). Den termodynamiske syklusen og energiberegningene er analysert og kontrollert av sakkyndige, gjennom Tel-Tek/SINTEF, ved hjelp av prosessimuleringsprogrammet Aspen HYSYS.
For EntroMission AS
Olav Hellum
Olav Hellum
NO20180312A 2018-02-28 2018-02-28 Metode for å utvinne mekanisk energi fra termisk energi NO20180312A1 (no)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20180312A NO20180312A1 (no) 2018-02-28 2018-02-28 Metode for å utvinne mekanisk energi fra termisk energi
PCT/NO2019/000005 WO2019168404A1 (en) 2018-02-28 2019-02-28 Perpetuum mobile of the second kind

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20180312A NO20180312A1 (no) 2018-02-28 2018-02-28 Metode for å utvinne mekanisk energi fra termisk energi

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NO20180312A1 true NO20180312A1 (no) 2019-08-29

Family

ID=67805835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20180312A NO20180312A1 (no) 2018-02-28 2018-02-28 Metode for å utvinne mekanisk energi fra termisk energi

Country Status (2)

Country Link
NO (1) NO20180312A1 (no)
WO (1) WO2019168404A1 (no)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO20240197A1 (no) * 2024-02-29 2025-09-01 Entromission As Perpetuum mobile type 2 for nitrogen og normale temperaturer

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO20211314A1 (no) * 2021-10-31 2023-05-01 Entromission As Mekanisme for energiutvinning

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020162330A1 (en) * 2001-03-01 2002-11-07 Youji Shimizu Power generating system
US7735325B2 (en) * 2002-04-16 2010-06-15 Research Sciences, Llc Power generation methods and systems
GB0322507D0 (en) * 2003-09-25 2003-10-29 Univ City Deriving power from low temperature heat source
DE102007041457B4 (de) * 2007-08-31 2009-09-10 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung der Wärmeenergie einer Niedertemperatur-Wärmequelle in mechanische Energie
EP2131105A1 (en) * 2008-06-05 2009-12-09 L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Process to convert low grade heat source into power using a two-phase fluid expander
CN101988397A (zh) * 2009-07-31 2011-03-23 王世英 一种低品位热流原动机、发电系统及其方法
CN101614139A (zh) * 2009-07-31 2009-12-30 王世英 多循环发电热力系统
CH709010A1 (de) * 2013-12-20 2015-06-30 Josef Mächler Wärmekraftanlage mit Wärmerückgewinnung.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO20240197A1 (no) * 2024-02-29 2025-09-01 Entromission As Perpetuum mobile type 2 for nitrogen og normale temperaturer

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019168404A1 (en) 2019-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Theoretical analysis of a combined power and ejector refrigeration cycle using zeotropic mixture
Liu et al. Investigation of hydrofluoroolefins as potential working fluids in organic Rankine cycle for geothermal power generation
Invernizzi et al. HFOs as substitute for R-134a as working fluids in ORC power plants: A thermodynamic assessment and thermal stability analysis
KR101403798B1 (ko) 열원으로부터 전력을 생산하는 방법 및 시스템
Pan et al. Experimental investigation on the CO2 transcritical power cycle
Mondal et al. Power by waste heat recovery from low temperature industrial flue gas by Organic Flash Cycle (OFC) and transcritical-CO2 power cycle: A comparative study through combined thermodynamic and economic analysis
Asim et al. Thermodynamic and thermo-economic analysis of integrated organic Rankine cycle for waste heat recovery from vapor compression refrigeration cycle
Zhao et al. Performance analysis of the ejector-expansion refrigeration cycle using zeotropic mixtures
Bouaziz et al. Energy and exergy investigation of a novel double effect hybrid absorption refrigeration system for solar cooling
JP2015518935A5 (no)
Zhai et al. Analysis of the quantitative correlation between the heat source temperature and the critical temperature of the optimal pure working fluid for subcritical organic Rankine cycles
TR201815498T4 (tr) Elektrik enerjisi depolama ve boşaltma sistemi.
NO20180312A1 (no) Metode for å utvinne mekanisk energi fra termisk energi
Yang et al. Thermodynamic analysis of a combined power and ejector refrigeration cycle using zeotropic mixtures
Wang et al. Theoretical research on the performance of the transcritical ejector refrigeration cycle with various refrigerants
US20130133328A1 (en) The Timlin Cycle - A Binary Condensing Thermal Power Cycle
JPS6126832B2 (no)
Costiuc et al. Waste heat recovery using direct thermodynamic cycle
Sarkar Analyses and optimization of a supercritical N2O Rankine cycle for low-grade heat conversion
Su et al. Exergetic efficiency optimization of a refrigeration system with multi-irreversibilities
Afif et al. Energetic study and comparative analysis of two novel ORC cogeneration systems using gas ejectors
Pambudi et al. Performance improvement of single-flash geothermal power plant applying three cases development scenarios using thermodynamic methods
Patel et al. Performance comparison of ejector expansion refrigeration cycle with throttled expansion cycle using R-170 as Refrigerant
Patel et al. Parametric Analysis of Organic Rankine Cycle (ORC) for Low Grade Waste Heat Recovery
Guo et al. The performance of finite-time refrigerators with Rankine cycles

Legal Events

Date Code Title Description
BDEC Board of appeal decision

Free format text: KLAGEN FORKASTES

Filing date: 20201115

Effective date: 20210930

BDEC Board of appeal decision

Free format text: KLAGEN FORKASTES. ENTROMISSION TOK UT STEVNING 26 NOVEMBER 2021. DOM AV 2022.06.23 FRA OSLO TINGRETT: 1. STATEN V/KLAGENEMNDA FOR INDUSTRIELLE RETTIGHETER FRIFINNES. 2. ENTROMISSION AS BETALER SAKSKOSTNADER TIL STATEN V/KLAGENEMNDA FOR INDUSTRIELLE RETTIGHETER MED 50 400 - FEMTITUSEN FIREHUNDRE - KRONER

Filing date: 20201115

Effective date: 20210930