RU95358U1 - Устройство для осуществления термодинамического циклического процесса - Google Patents
Устройство для осуществления термодинамического циклического процесса Download PDFInfo
- Publication number
- RU95358U1 RU95358U1 RU2010103664/22U RU2010103664U RU95358U1 RU 95358 U1 RU95358 U1 RU 95358U1 RU 2010103664/22 U RU2010103664/22 U RU 2010103664/22U RU 2010103664 U RU2010103664 U RU 2010103664U RU 95358 U1 RU95358 U1 RU 95358U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working medium
- pressure
- partially
- heat exchanger
- expanded
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 claims abstract description 28
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims abstract description 20
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 12
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 9
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 7
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 5
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000208832 Viburnum Species 0.000 description 1
- 235000019013 Viburnum opulus Nutrition 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/06—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids
- F01K25/065—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids with an absorption fluid remaining at least partly in the liquid state, e.g. water for ammonia
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
Abstract
1. Устройство для осуществления термодинамического циклического процесса, содержащее, по меньшей мере, ! один насос (3) для накачивания жидкого потока (13) рабочей среды до повышенного давления и создания нагруженного давлением жидкого потока (14) рабочей среды; ! первый теплообменник (НЕ2) для подачи на него всего нагруженного давлением, жидкого потока рабочей среды (14) и создания первого частично испаренного потока (15) рабочей среды путем нагрева и частичного испарения нагруженного давлением жидкого потока (14) рабочей среды путем частичной конденсации расширенного потока (12) рабочей среды; ! второй теплообменник (НЕ4) для создания второго, по меньшей мере, частично испаренного потока (18) рабочей среды за счет дальнейшего испарения первого частично испаренного потока (15) рабочей среды теплом от внешнего источника (20) тепла; ! сепаратор для отделения жидкой фазы (19) от парообразной фазы (10) второго, по меньшей мере, частично испаренного потока (18) рабочей среды; ! устройство (2), в частности турбину для расширения парообразной фазы (10), преобразования ее энергии в подлежащую использованию форму и создания расширенной парообразной фазы (11); ! смеситель (5) для смешивания жидкой фазы с расширенной парообразной фазой и образования расширенного потока (12) рабочей среды, причем соединение для жидкой фазы (19) между сепаратором (4) и смесителем (5) осуществлено без использования теплообменника; ! третий теплообменник (НЕ1) для полной конденсации частично сконденсированного расширенного потока (12а) рабочей среды и создания жидкого потока (13) рабочей среды. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что давление парообразной фазы (10) со
Description
2420-166262RU/022
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО ЦИКЛИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ОПИСАНИЕ
Полезная модель относится к устройству по пункту 1 формулы полезной модели для осуществления термодинамического циклического процесса.
Тепловые электростанции используют термодинамические циклические процессы для преобразования тепла в механическую или, соответственно, электрическую энергию. Обычные тепловые электростанции вырабатывают тепло посредством сжигания топлива, прежде всего ископаемых энергоносителей угля, нефти и газа. При этом циклические процессы эксплуатируют, например, на основе классического циклического процесса Ранкина с водой в качестве рабочей среды. Ее высокая температура кипения делает воду, конечно, прежде всего при использовании источников тепла с температурами между 100° до 200°С, например, геотермических жидкостей или отходящего тепла из процессов сжигания, непривлекательной вследствие недостаточной рентабельности.
Для источников тепла с такой низкой температурой в последние годы были разработаны самые различные технологии, которые позволяют преобразовывать их тепло с хорошим коэффициентом полезного действия в механическую или, соответственно, электрическую энергию. Наряду с циклическим процессом Ранкина с органической рабочей средой (organic rankine cycle, ORC) прежде всего так называемый циклический процесс Калины отличается по сравнению с классическим циклическим процессом Ранкина значительно лучшими коэффициентами полезного действия. На основе циклического процесса Калины были разработаны разнообразные циклы для самых различных применений. Эти циклы применяют в качестве рабочей среды вместо воды двухкомпонентную смесь, (например, аммиака и воды), причем чтобы повысить коэффициент полезного действия цикла по сравнению с циклом Ранкина используют неизотермический процесс кипения и конденсации смеси.
Для температур источника тепла от 100° до 140°С предпочтительно используют цикл Калины 34 KCS (Kalina Cycle System 34), который применяется, например, на геотермальной электростанции Хусавик/Исландия (см. также ЕР 1 070 830 А1). В этом цикле (см. также Фиг.3) жидкую рабочую среду закачивают в первый теплообменник, где она нагревается за счет частичной конденсации расширенного потока рабочей среды. Возникший за счет этого нагретый поток рабочей среды затем после охлаждения жидкой фазы частично испаренного потока рабочей среды нагревают дальше во втором теплообменнике и после этого частично испаряют в третьем теплообменнике с применением тепла, которое передают от внешнего источника тепла, (например, геотермической жидкости), (например, до содержания жидкости 14-18%). После этого от частично испаренного потока рабочей среды в сепараторе отделяют жидкую фазу от парообразной фазы.
Парообразную фазу расширяют в турбине и используют ее энергию для выработки электроэнергии. Жидкую фазу направляют через второй теплообменник и используют для последующего нагрева нагретого потока рабочей среды. В смесителе жидкую фазу и расширенную парообразную фазу сводят вместе и образуют уже упомянутый расширенный поток рабочей среды. Расширенный поток рабочей среды после этого частично конденсируют в первом теплообменнике и затем полностью конденсируют в конденсаторе так, что получается упомянутый в вводной части жидкий поток рабочей среды и цикл замыкается.
Исходя из этого известного циклического процесса, задачей настоящей полезной модели является указание устройства для осуществления термодинамического циклического процесса, которое при одинаковых внешнем источнике тепла и температуре охлаждающей воды и в основном при остающихся одинаковыми расходах на установку позволяет иметь одинаковые или даже более высокие выходы механической и/или электрической энергии, причем, устройство отличается меньшей сложностью.
Решение направленной на устройство задачи удается согласно полезной модели за счет устройства согласно пункту 1 формулы полезной модели. Предпочтительные формы выполнения устройства являются, соответственно, предметом зависимых пунктов 2-7 формулы полезной модели.
Согласно полезной модели за счет частичной конденсации расширенного потока рабочей среды нагруженный давлением жидкий поток рабочей среды не только нагревается, но даже частично испаряется. Это является возможным за счет того, что по сравнению с упомянутым во вводной части циклом Калины KCS 34 отказываются от второго теплообменника и тем самым от передачи тепла от жидкой фазы частично испаренного потока рабочей среды для дальнейшего нагрева или, соответственно, частичного испарения нагретого потока рабочей среды. За счет этого от жидкой фазы отбирается меньше тепла, которое зато применяется затем для лучшего нагрева и частичного испарения нагруженного давлением, жидкого потока рабочей среды путем частичной конденсации расширенного потока рабочей среды.
За счет соответствующего согласования тепловых поверхностей остающихся теплообменников и других параметров цикла является возможным не только поддерживать одинаковыми по сравнению с известным циклом выходы механической и/или электрической энергии, но даже еще повышать их. Расходы на повышенную при необходимости потребность в поверхностях нагрева в остающихся теплообменниках могут быть при этом в основном компенсированы за счет исключения второго теплообменника и упрощенной за счет этого прокладки трубопроводов так, что расходы на установку остаются в принципе одинаковыми.
За счет отказа от упомянутого во вводной части второго теплообменника или, соответственно, отказа от передачи тепла от жидкой фазы к первому частично испаренному потоку рабочей среды соответствующее полезной модели отличается меньшей по сравнению с уровнем техники сложностью.
Частичному испарению нагруженного давлением, жидкого потока рабочей среды путем частичной конденсации расширенного потока рабочей среды можно способствовать за счет того, что давление парообразной фазы составляет меньше, чем 24 бара, и тем самым является значительно меньшим, чем обычные 33 бара в известных до сих пор циклах. При этом можно снизить общий уровень давления в цикле, за счет чего опять-таки может быть уменьшена температура кипения рабочей среды.
Если давление парообразной фазы перед входом в турбину в три раза выше, чем давление расширенной парообразной фазы, то к тому же является возможным применять обычные одноступенчатые расширительные турбины. Подобные расширительные турбины имеют коэффициенты полезного действия до 88% и тем самым значительно более высокие коэффициенты полезного действия, чем применяемые до сих пор в подобных циклах, рассчитанные на максимальное давление, например, 33 бара многоступенчатые расширительные турбины с коэффициентами полезного действия около 75%. Возможно сопровождающая понижение уровня давления или, соответственно, более низкое соотношение давлений на расширительной турбине потеря коэффициента полезного действия в цикле тем самым более чем компенсируется за счет лучшего коэффициента полезного действия турбины и большей возможной производительности рабочей среды, которая позволяет отбирать от термальной воды сравнительно больше энергии.
При применении обычной одноступенчатой расширительной турбины отпадают, кроме того, расходы на вторую ступень турбины или добавочные расходы на специальное конструирование турбины для высоких разностей давлений.
Согласно форме выполнения полезной модели в качестве рабочей среды применяют многокомпонентную смесь. В случае многокомпонентной смеси предпочтительно речь идет о двухкомпонентной смеси, в частности, аммиачно-водяной смеси. Вследствие неизотермического испарения и конденсации такой смеси может быть достигнут особенно высокий коэффициент полезного действия цикла.
Особенно благоприятное для окружающей среды получение энергии является возможным за счет применения геотермальной жидкости, в частности, термальной воды из геотермального источника в качестве источника тепла. В качестве источника тепла можно, однако, применять также отходящие газы (дымовые газы) газо- и/или паротурбинных установок или тепло, полученное в промышленных производственных процессах, (например, при производстве стали).
Высокий коэффициент полезного действия цикла может быть достигнут при этом за счет того, что источник тепла имеет температуру от 100°С до 200°С, в частности, от 100°С до 140°С.
Полезная модель согласно независимому пункту формулы, а также другие предпочтительные формы выполнения полезной модели согласно признакам зависимых пунктов формулы полезной модели в последующем поясняются более подробно на Фигурах на основе примеров выполнения. При этом показывают:
Фиг.1 - схему соответствующего полезной модели устройства, для осуществления термодинамического циклического процесса в упрощенном, схематическом представлении,
Фиг.2 - расчет цикла для устройства согласно Фиг.1,
Фиг.3 - схему известного из уровня техники устройства для осуществления термодинамического циклического процесса в упрощенном, схематическом представлении,
Фиг.4 - расчет цикла для устройства согласно Фиг.3.
Показанное на Фиг.1 устройство 1 для осуществления термодинамического циклического процесса содержит (рекуперативный) теплообменник НЕ4, который на первичной стороне обтекается горячей термальной водой 20 не показанного более подробно геотермального источника и на вторичной стороне соединен, во-первых, с теплообменником НЕ2 и, во-вторых, с сепаратором 4. Сепаратор 4 служит для отделения парообразной фазы от жидкой фазы частично испаренной рабочей среды. Выход сепаратора 4 на стороне пара соединен с турбиной 2. Турбина 2 на стороне выхода связана со смесителем 5, который еще соединен с выходом жидкости сепаратора 4. На стороне выхода смеситель 5 соединен со вторичной стороной (рекуперативного) теплообменника НЕ2, которая в свою очередь соединена с первичной стороной конденсатора НЕ1, обтекаемого на вторичной стороне охлаждающей водой. Конденсатор НЕ1 на своем выходе на первичной стороне соединен, при необходимости, через сборник конденсата, через насос 3 с первичной стороной теплообменника НЕ2. Первичная сторона теплообменника НЕ2 связана опять-таки с вторичной стороной уже упомянутого теплообменника НЕ4.
В качестве рабочей среды в устройстве 1 используют двухкомпонентную смесь из воды и аммиака, которая имеет тем самым неизотермическое испарение и конденсацию. Рабочая среда присутствует после конденсатора НЕ1 в жидком состоянии в виде жидкого потока 13 рабочей среды. С помощью насоса 3 весь жидкий поток 13 рабочей среды накачивают до повышенного давления и создают жидкий поток 14 рабочей среды.
Нагруженный давлением, жидкий поток 14 рабочей среды подводят к первичной стороне теплообменника НЕ2 и за счет частичной конденсации направляемого на вторичной стороне через теплообменник НЕ2 расширенного потока 12 рабочей среды нагревают и частично испаряют так, что на первичной стороне после теплообменника НЕ2 имеет место первый частично испаренный поток 15 рабочей среды и на вторичной стороне - частично конденсированный, расширенный поток 12а рабочей среды. Доля пара в первом частично испаренном потоке 15 рабочей среды составляет, например, 15%. Первый частично испаренный поток 15 рабочей среды подводят без дальнейшего нагрева к вторичной стороне теплообменника НЕ4.
На первичной стороне теплообменник НЕ4 обтекается горячей термальной водой 20. В теплообменнике НЕ4 первый частично испаренный поток 15 рабочей среды снова испаряют за счет охлаждения термальной воды 20 и получают второй частично испаренный поток 18 рабочей среды. Второй частично испаренный поток 18 рабочей среды подводят к сепаратору 4, в котором парообразная фаза 10 отделяется от жидкой фазы 19 второго частично испаренного потока 18 рабочей среды. Парообразная фаза 10 после этого расширяется в турбине 2 и ее энергия превращается в подлежащую использованию форму, например, через не представленный генератор в ток и создает расширенную парообразную фазу 11.
В смесителе 5 расширенную парообразную фазу 11 и отделенную в сепараторе 4 жидкую фазу 19 снова сводят вместе и образуют расширенный поток 12 рабочей среды.
Нацеленная передача тепла от жидкой фазы 19 к первому частично испаренному потоку 15 рабочей среды, например, посредством специально предусмотренного для этого теплообменника при этом не предусмотрена. Частично испаренный поток 15 рабочей среды, тем самым, перед дальнейшим испарением в теплообменнике НЕ4 имеет в основном такую же температуру, как и после своего получения посредством частичной конденсации расширенного потока 12 рабочей среды. Под "в основном такую же температуру" понимают при этом, что разница температур составляет только несколько градусов Кельвина и вызвана, например, легким охлаждением покидающего теплообменник НЕ2 первого частично испаренного потока рабочей среды вследствие потерь тепла в соединительных трубах к теплообменнику НЕ4.
Расширенный поток 12 рабочей среды частично конденсируют в теплообменнике НЕ2 и получают частично конденсированный расширенный поток 12а рабочей среды. Частично сконденсированный, расширенный поток 12 рабочей среды после этого конденсируют в конденсаторе НЕ1 с помощью (притекающего) потока 25 охлаждающей воды и получают жидкий поток 13 рабочей среды. Переданное за счет конденсации расширенного потока 12а рабочей среды на поток 25 охлаждающей воды тепло отводят с помощью выходящего потока 26 охлаждающей воды.
Фиг.2 показывает расчет цикла для устройства для осуществления термодинамического циклического процесса, которое в основном соответствует представленному на Фиг.1 устройству 1 и дополнительно было дополнено только еще несколькими вентилями 27. В качестве исходных условий для вычислений были приняты концентрация аммиака в воде 95% (при жидкой полностью сконденсированной рабочей среде) и поток термальной воды 20 с температурой 120°С и массовым потоком 141,8 кг/с. Температура потока 25 охлаждающей воды составляет 9,4°С. Как видно из Фиг.1 и 2, изменения концентрации аммиака для повышения коэффициента полезного действия, за исключением различных концентраций аммиака, имеющихся за счет разделения парообразной от жидкой фазы после передачи тепла от внешнего источника тепла, в обеих фазах не предусмотрено.
Таблица 1 показывает результат расчета цикла для некоторых выбранных потоков цикла, причем мощности теплообменников выбраны согласно Таблицы 2.
| Таблица 1 | ||||
| Поток | Температура (°С) | Энтальпия (кДж/кг) | Массовый поток (кг/с) | Давление (бар) |
| 10 | 106,7 | 1507,8 | 27,59 | 22,3 |
| 11 | 56,51 | 1355,9 | 27,59 | 7,158 |
| 13 | 13,13 | 24,8 | 27,6 | 6,9 |
| 15 | 53,52 | 221,4 | 27,6 | 23,26 |
| 20 | 119,9 | -1997,8 | 141,8 | 20 |
| 22 | 57,45 | -2250,6 | 141,8 | 19,61 |
| Таблица 2 | |
| Теплообменник | Мощность (кВт) |
| НЕ 1 (Конденсатор) | 31,0 |
| НЕ 2 | 5,3 |
| НЕ 4 | 34,5 |
| Сумма | 70,8 |
Температура первого частично испаренного потока 15 рабочей среды перед входом в теплообменник НЕ 4 составляет 53,52°С и является, тем самым, такой же температурой, как и после выхода из теплообменника НЕ2. Получаемая при этих условиях с помощью турбины 2 электрическая мощность составляет 4033 КВт.
Давление парообразной фазы 10 перед входом в турбину 2 составляет 22,3 бар и давление расширенной, парообразной фазы 11 после выхода из турбины 2 составляет 7,158 бар. За счет выбранного входного давления 22,3 бар и соотношения давлений 3,1 между давлением парообразной фазы до и после турбины 2 в качестве турбины 2 можно применять обычную одноступенчатую турбину с высоким коэффициентом полезного действия, что связано с соответствующими преимуществами в расходах и коэффициенте полезного действия.
Фиг.3 показывает в противоположность этому схему известного в уровне техники как KCS 34 (Kalina Cycle System 34) устройства 30 для осуществления термодинамического циклического процесса. Для лучшего сравнения известного устройства 30 с представленным на Фиг.1 соответствующим полезной модели устройством, соответствующие друг другу компоненты и потоки снабжены одинаковыми ссылочными позициями. Устройство 30 отличается от показанного на Фиг.1, соответствующего полезной модели устройства дополнительным теплообменником НЕ3, включенным на первичной стороне между теплообменником НЕ2 и теплообменником НЕ4 и на вторичной стороне между сепаратором 4 и смесителем 5. С помощью теплообменника НЕ2 за счет частичной конденсации расширенного потока 12 рабочей среды нагревают нагруженный давлением, жидкий поток 14 рабочей среды и создают нагретый (жидкий) поток 15 рабочей среды. Нагретый поток 15 рабочей среды после этого снова нагревают посредством теплообменника НЕ3 за счет охлаждения жидкой фазы 19 и тем самым получают далее нагретый поток 15а рабочей среды.
Фиг.4 показывает расчет цикла для известного из уровня техники устройства, которое в основном соответствует представленному на Фиг.3 устройству 30 и дополнено только еще дополнительно несколькими вентилями 27. В качестве исходных условий для вычислений были приняты концентрация аммиака в воде 89,2% и, как в случае расчета цикла с Фиг.2, поток термальной воды 20 с температурой 120°С, а также массовым потоком 141,8 кг/с. Температура потока охлаждающей воды 25 составляет 9,4°С.
Таблица 3 показывает для некоторых выбранных потоков цикла результат расчета цикла, причем мощности теплообменников выбраны согласно Таблице 4.
| Таблица 3 | ||||
| Поток | Температура (°С) | Энтальпия (кДж/кг) | Массовый поток (кг/с) | Давление (бар) |
| 10 | 115 | 1487,2 | 20,71 | 32,41 |
| 11 | 43,23 | 1294,5 | 20,71 | 6,775 |
| 13 | 13,16 | -18,52 | 24,3 | 6,5 |
| 15 | 39 | 105,4 | 24,3 | 34,4 |
| 15а | 48,67 | 153,5 | 24,3 | 33,72 |
| 20 | 119,9 | -1997,8 | 141,8 | 20 |
| 22 | 70,46 | -2196,3 | 141,8 | 19,61 |
| Таблица 4 | |
| Теплообменник | Мощность (кВт) |
| НЕ 1 (Конденсатор) | 24,1 |
| НЕ 2 | 2,7 |
| НЕ 3 | 1,2 |
| НЕ 4 | 28,1 |
| Сумма | 55,1 |
Создаваемая при этом электрическая мощность составляет только 3818 кВт. Достигаемая электрическая мощность тем самым в случае соответствующего полезной модели цикла согласно Фиг. 1 и 2 является на 5,6% выше, чем в случае циклического процесса, известного из уровня.
Нагретый поток 15 рабочей среды, который покидает теплообменник НЕ2 с температурой 39°С, нагревают в теплообменнике НЕ3 за счет охлаждения жидкой фазы 19 далее до температуры 48,87°С и подводят к теплообменнику НЕ4 в качестве потока 15 рабочей среды.
В то время, как в известном случае температура отведенной термальной воды 22 еще составляет 70,46°С, в случае соответствующего полезной модели циклического процесса согласно Фиг.2 отведенная термальная вода 22 имеет только еще температуру 57,45°С. В случае соответствующего полезной модели циклического процесса от термальной воды может быть таким образом отобрано сравнительно больше энергии.
Вследствие давления парообразной фазы 10 на входе турбины 2 величиной 32,41 бар и соотношения давлений 4,8 между давлением парообразной фазы на входе турбины 2 и давлением расширенной парообразной фазы 11 на выходе турбины в случае цикла с Фиг.4 не может применяться никакая обычная одноступенчатая турбина. Тогда должны применяться или две включенные друг за другом обычные одноступенчатые турбины, или должна применяться одна единственная турбина, специально подходящая для высоких давлений и соотношений давлений больше, чем 4, что по сравнению с единственной, обычной турбиной в обоих случаях связано с более высокими расходами и с потерями коэффициента полезного действия.
Вследствие повышенной теплообменной мощности также повышенная потребность в поверхностях нагрева 28,5% имеет следствием повышенную потребность в капиталовложениях. Эти повышенные расходы могут, однако, по большей части компенсироваться за счет упрощенной прокладки трубопроводов и за счет отпадения теплообменника НЕ3 так, что расходы на установку в целом остаются в основном одинаковыми.
Полезная модель была описана выше с помощью предпочтительных примеров осуществления, однако, не может рассматриваться как ограниченная этими примерами осуществления. Более того, существует возможность множества вариаций и модификаций полезной модели или, соответственно, этих примеров осуществления. Например, в схему могут быть включены - как также произведено в примере схемы согласно Фиг.2 - дополнительные вентили.
Claims (7)
1. Устройство для осуществления термодинамического циклического процесса, содержащее, по меньшей мере,
один насос (3) для накачивания жидкого потока (13) рабочей среды до повышенного давления и создания нагруженного давлением жидкого потока (14) рабочей среды;
первый теплообменник (НЕ2) для подачи на него всего нагруженного давлением, жидкого потока рабочей среды (14) и создания первого частично испаренного потока (15) рабочей среды путем нагрева и частичного испарения нагруженного давлением жидкого потока (14) рабочей среды путем частичной конденсации расширенного потока (12) рабочей среды;
второй теплообменник (НЕ4) для создания второго, по меньшей мере, частично испаренного потока (18) рабочей среды за счет дальнейшего испарения первого частично испаренного потока (15) рабочей среды теплом от внешнего источника (20) тепла;
сепаратор для отделения жидкой фазы (19) от парообразной фазы (10) второго, по меньшей мере, частично испаренного потока (18) рабочей среды;
устройство (2), в частности турбину для расширения парообразной фазы (10), преобразования ее энергии в подлежащую использованию форму и создания расширенной парообразной фазы (11);
смеситель (5) для смешивания жидкой фазы с расширенной парообразной фазой и образования расширенного потока (12) рабочей среды, причем соединение для жидкой фазы (19) между сепаратором (4) и смесителем (5) осуществлено без использования теплообменника;
третий теплообменник (НЕ1) для полной конденсации частично сконденсированного расширенного потока (12а) рабочей среды и создания жидкого потока (13) рабочей среды.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что давление парообразной фазы (10) составляет меньше, чем 24 бара.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что давление парообразной фазы (10) является в три - четыре раза больше, чем давление расширенной парообразной фазы (11).
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рабочая среда состоит из многокомпонентной смеси.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что многокомпонентная смесь является двухкомпонентной смесью, в частности аммиачно-водяной смесью.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внешним источником (20) тепла является геотермическая жидкость, в частности термальная вода.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внешний источник тепла (20) имеет температуру от 100 до 140°С.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102004018627.8 | 2004-04-16 | ||
| DE102004018627 | 2004-04-16 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006140382 Division | 2005-04-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU95358U1 true RU95358U1 (ru) | 2010-06-27 |
Family
ID=34964640
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006140382/06A RU2006140382A (ru) | 2004-04-16 | 2005-04-13 | Способ и устройство для осуществления термодинамического циклического процесса |
| RU2010103664/22U RU95358U1 (ru) | 2004-04-16 | 2010-02-03 | Устройство для осуществления термодинамического циклического процесса |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006140382/06A RU2006140382A (ru) | 2004-04-16 | 2005-04-13 | Способ и устройство для осуществления термодинамического циклического процесса |
Country Status (21)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8272217B2 (ru) |
| EP (1) | EP1613841B1 (ru) |
| CN (1) | CN1993536B (ru) |
| AT (1) | ATE348946T1 (ru) |
| AU (1) | AU2005233321B2 (ru) |
| CA (1) | CA2562836C (ru) |
| CY (1) | CY1106002T1 (ru) |
| DE (2) | DE502005000242D1 (ru) |
| DK (1) | DK1613841T3 (ru) |
| ES (1) | ES2278377T3 (ru) |
| HR (1) | HRP20070089T3 (ru) |
| ME (1) | ME01101B (ru) |
| MX (1) | MXPA06011948A (ru) |
| NO (1) | NO324542B1 (ru) |
| NZ (1) | NZ550556A (ru) |
| PL (1) | PL1613841T3 (ru) |
| PT (1) | PT1613841E (ru) |
| RS (1) | RS50517B (ru) |
| RU (2) | RU2006140382A (ru) |
| SI (1) | SI1613841T1 (ru) |
| WO (1) | WO2005100755A1 (ru) |
Families Citing this family (38)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101842558A (zh) * | 2007-08-31 | 2010-09-22 | 西门子公司 | 用于将热能转化成机械能的方法和装置 |
| DE102007041457B4 (de) * | 2007-08-31 | 2009-09-10 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung der Wärmeenergie einer Niedertemperatur-Wärmequelle in mechanische Energie |
| DE102007042541B4 (de) * | 2007-09-07 | 2009-08-13 | Gross, Johannes, Dipl.-Ing. | Anlage zur Energiegewinnung mittels einer Dampfkrafteinrichtung und Verfahren dazu |
| DE102008045450B4 (de) * | 2008-02-01 | 2010-08-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betreiben eines thermodynamischen Kreislaufes sowie thermodynamischer Kreislauf |
| CN101552488B (zh) * | 2008-04-03 | 2011-01-26 | 苏庆泉 | 备用电源系统及其供电方法 |
| WO2009155754A1 (zh) * | 2008-06-24 | 2009-12-30 | Guan Li | 一种用于微冷凝发电的汽水往复加热、冷却内循环泵系给水装置 |
| EP2138678B1 (en) * | 2008-06-25 | 2016-01-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Energy storage system and method for storing and supplying energy |
| ITMI20090039A1 (it) * | 2009-01-19 | 2010-07-20 | Franco Finocchiaro | Procedimento e sistema per la generazione di energia utilizzante sorgenti di calore liquide e o gassose a bordo di unita navali |
| DE102009034580A1 (de) | 2009-07-24 | 2011-02-03 | Mtu Onsite Energy Gmbh | Einrichtung zur Bereitstellung von Energie |
| US20110100009A1 (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-05 | Nuovo Pignone S.P.A. | Heat Exchanger for Direct Evaporation in Organic Rankine Cycle Systems and Method |
| US8418466B1 (en) * | 2009-12-23 | 2013-04-16 | David Hardgrave | Thermodynamic amplifier cycle system and method |
| US20120006024A1 (en) * | 2010-07-09 | 2012-01-12 | Energent Corporation | Multi-component two-phase power cycle |
| US9638175B2 (en) * | 2012-10-18 | 2017-05-02 | Alexander I. Kalina | Power systems utilizing two or more heat source streams and methods for making and using same |
| DE102013227061A1 (de) * | 2013-12-23 | 2015-06-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Abtrennung von Wasser aus einem Wasser enthaltenden Fluidgemisch |
| CN104454053A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-03-25 | 天津大学 | 一种高效的氨水发电系统 |
| CN104929708B (zh) * | 2015-06-24 | 2016-09-21 | 张高佐 | 一种利用混合组分工质的低温热源热电转换系统及方法 |
| US9745871B2 (en) * | 2015-08-24 | 2017-08-29 | Saudi Arabian Oil Company | Kalina cycle based conversion of gas processing plant waste heat into power |
| US10227899B2 (en) | 2015-08-24 | 2019-03-12 | Saudi Arabian Oil Company | Organic rankine cycle based conversion of gas processing plant waste heat into power and cooling |
| CN105888757B (zh) * | 2016-06-23 | 2017-04-12 | 中国石油大学(华东) | 一种闭式循环发电装置 |
| DE102017125355B3 (de) * | 2017-10-29 | 2019-01-10 | Carmen Lindner | Verfahren und Anordnung zur Umwandlung von Wärme in kinetische Energie |
| SE541522C2 (en) * | 2018-02-05 | 2019-10-29 | Climeon Ab | System and method for waste heat recovery in steel production facilities |
| BE1026296B9 (nl) * | 2018-05-23 | 2020-02-24 | Bart Gios | Absorptiesysteem met gesloten cyclus en werkwijze voor het afkoelen en genereren van stroom |
| CN109139160A (zh) * | 2018-09-17 | 2019-01-04 | 上海柯来浦能源科技有限公司 | 一种氢气混合工质发电系统 |
| GB2581770B (en) * | 2019-01-14 | 2023-01-18 | Gas Expansion Motors Ltd | Engine |
| DE102019207957A1 (de) | 2019-05-29 | 2020-12-03 | Thyssenkrupp Ag | Vorrichtung und Verfahren zur Nutzung von Niedertemperaturwärme durch Auskoppeln der Niedertemperaturwärme aus Prozessgas sowie Verwendung |
| US11644015B2 (en) | 2021-04-02 | 2023-05-09 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig |
| US11486370B2 (en) | 2021-04-02 | 2022-11-01 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Modular mobile heat generation unit for generation of geothermal power in organic Rankine cycle operations |
| US11480074B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-10-25 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods utilizing gas temperature as a power source |
| US11592009B2 (en) | 2021-04-02 | 2023-02-28 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig |
| US11493029B2 (en) | 2021-04-02 | 2022-11-08 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig |
| US11187212B1 (en) | 2021-04-02 | 2021-11-30 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Methods for generating geothermal power in an organic Rankine cycle operation during hydrocarbon production based on working fluid temperature |
| US11359576B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-06-14 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods utilizing gas temperature as a power source |
| US11293414B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-04-05 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power in an organic rankine cycle operation |
| US12312981B2 (en) | 2021-04-02 | 2025-05-27 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods utilizing gas temperature as a power source |
| US11421663B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-08-23 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power in an organic Rankine cycle operation |
| HUP2200394A1 (hu) | 2022-10-04 | 2024-04-28 | Balazs Szabo | Hõerõmû |
| US12534990B2 (en) | 2022-12-29 | 2026-01-27 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Power generation assemblies for hydraulic fracturing systems and methods |
| US12180861B1 (en) | 2022-12-30 | 2024-12-31 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods to utilize heat carriers in conversion of thermal energy |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU375452A1 (ru) | 1971-04-21 | 1973-03-23 | Геотермальная энергетнческая установка | |
| JPH0794815B2 (ja) * | 1993-09-22 | 1995-10-11 | 佐賀大学長 | 温度差発電装置 |
| US5440882A (en) | 1993-11-03 | 1995-08-15 | Exergy, Inc. | Method and apparatus for converting heat from geothermal liquid and geothermal steam to electric power |
| JP3011669B2 (ja) | 1997-01-21 | 2000-02-21 | 株式会社東芝 | 混合媒体サイクル発電システム |
| US5953918A (en) * | 1998-02-05 | 1999-09-21 | Exergy, Inc. | Method and apparatus of converting heat to useful energy |
| JP3091860B1 (ja) * | 1999-05-31 | 2000-09-25 | 春男 上原 | 吸収器 |
| US6829895B2 (en) * | 2002-09-12 | 2004-12-14 | Kalex, Llc | Geothermal system |
| US6820421B2 (en) | 2002-09-23 | 2004-11-23 | Kalex, Llc | Low temperature geothermal system |
-
2005
- 2005-04-13 AT AT05733568T patent/ATE348946T1/de active
- 2005-04-13 MX MXPA06011948A patent/MXPA06011948A/es active IP Right Grant
- 2005-04-13 SI SI200530011T patent/SI1613841T1/sl unknown
- 2005-04-13 NZ NZ550556A patent/NZ550556A/en not_active IP Right Cessation
- 2005-04-13 HR HR20070089T patent/HRP20070089T3/xx unknown
- 2005-04-13 DE DE502005000242T patent/DE502005000242D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2005-04-13 RU RU2006140382/06A patent/RU2006140382A/ru unknown
- 2005-04-13 EP EP05733568A patent/EP1613841B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2005-04-13 DK DK05733568T patent/DK1613841T3/da active
- 2005-04-13 ES ES05733568T patent/ES2278377T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2005-04-13 ME MEP-2008-818A patent/ME01101B/me unknown
- 2005-04-13 US US10/558,894 patent/US8272217B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2005-04-13 PT PT05733568T patent/PT1613841E/pt unknown
- 2005-04-13 CN CN2005800113333A patent/CN1993536B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2005-04-13 WO PCT/EP2005/051617 patent/WO2005100755A1/de not_active Ceased
- 2005-04-13 PL PL05733568T patent/PL1613841T3/pl unknown
- 2005-04-13 RS RSP-2007/0042A patent/RS50517B/sr unknown
- 2005-04-13 AU AU2005233321A patent/AU2005233321B2/en not_active Ceased
- 2005-04-13 DE DE102005017183A patent/DE102005017183A1/de not_active Ceased
- 2005-04-13 CA CA2562836A patent/CA2562836C/en not_active Expired - Lifetime
-
2006
- 2006-11-16 NO NO20065267A patent/NO324542B1/no not_active IP Right Cessation
-
2007
- 2007-02-09 CY CY20071100176T patent/CY1106002T1/el unknown
-
2010
- 2010-02-03 RU RU2010103664/22U patent/RU95358U1/ru active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2278377T3 (es) | 2007-08-01 |
| RU2006140382A (ru) | 2008-05-27 |
| MXPA06011948A (es) | 2007-01-16 |
| DE102005017183A1 (de) | 2005-12-01 |
| PL1613841T3 (pl) | 2007-05-31 |
| NO20065267L (no) | 2006-11-16 |
| EP1613841A1 (de) | 2006-01-11 |
| HRP20070089T3 (en) | 2007-05-31 |
| CY1106002T1 (el) | 2011-04-06 |
| NO324542B1 (no) | 2007-11-19 |
| EP1613841B1 (de) | 2006-12-20 |
| DE502005000242D1 (de) | 2007-02-01 |
| AU2005233321A1 (en) | 2005-10-27 |
| SI1613841T1 (sl) | 2007-06-30 |
| CA2562836A1 (en) | 2005-10-27 |
| RS50517B (sr) | 2010-05-07 |
| WO2005100755A1 (de) | 2005-10-27 |
| ATE348946T1 (de) | 2007-01-15 |
| DK1613841T3 (da) | 2007-04-30 |
| CN1993536B (zh) | 2011-09-14 |
| AU2005233321B2 (en) | 2009-07-16 |
| CA2562836C (en) | 2010-03-23 |
| NZ550556A (en) | 2011-01-28 |
| PT1613841E (pt) | 2007-02-28 |
| US8272217B2 (en) | 2012-09-25 |
| US20070022753A1 (en) | 2007-02-01 |
| CN1993536A (zh) | 2007-07-04 |
| ME01101B (me) | 2013-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU95358U1 (ru) | Устройство для осуществления термодинамического циклического процесса | |
| AU2008349706B2 (en) | Method for operating a thermodynamic circuit, as well as a thermodynamic circuit | |
| KR101114017B1 (ko) | 열역학 사이클을 수행하기 위한 방법 및 장치 | |
| Mirzaei et al. | Energy, exergy and economics analysis of an ORC working with several fluids and utilizes smelting furnace gases as heat source | |
| Varma et al. | Power generation from low temperature heat recovery | |
| US5822990A (en) | Converting heat into useful energy using separate closed loops | |
| US4838027A (en) | Power cycle having a working fluid comprising a mixture of substances | |
| US20060010868A1 (en) | Method of converting energy | |
| US20030167769A1 (en) | Mixed working fluid power system with incremental vapor generation | |
| US4729226A (en) | Process for mechanical power generation | |
| Koc et al. | First and second law-based thermal optimisation of the Kalina cycle integrated into an existing burner-based cogeneration system using waste chips as fuel | |
| Saadatfar et al. | Thermodynamic vapor cycles for converting low-to medium-grade heat to power: a state-of-the-art review and future research pathways | |
| Kucuk et al. | Simulation and thermodynamic analysis of a regenerative and recuperative organic Rankine cycle | |
| Varma et al. | Comparative study on steam flash, organic flash and Kalina for enhanced power generation from waste heat recovery. | |
| Satpute et al. | Solar Energy for Green Engineering Using Multicomponent Absorption Power Cycle | |
| Nondy | Energy, Exergy, Exergoeconomic and Environmental (4E) analyses and Multi-objective Optimization of four Gas Turbine based Trigeneration systems | |
| Mishra et al. | Thermodynamic analysis and comparison of various organic fluids for ORC in Gas Turbine-Organic Rankine combined cycle plant with solar reheating and regeneration of ORC fluid | |
| WO2003008767A2 (en) | Mixed working fluid power system with incremental vapor generation | |
| Abam et al. | ON THE SECOND LAW ANALYSIS OF A BIOMASS-FIRED LOW HEAT INNOVATIVE ORGANIC RANKINE CYCLE (ORC) FOR TRI-GENERATION | |
| Sun et al. | Performance analysis of different ORC configurations for thermal energy and LNG cold energy hybrid power generation system | |
| Ataei et al. | Energy Analysis of Supercritical Water and Ammonia (Kalina) Power Cycle | |
| Spliethoff | Thermodynamics Fundamentals | |
| MXPA99007205A (en) | Method and apparatus for converting heat into useful energy |