RU2479727C2 - Method and device to convert thermal energy into mechanical energy - Google Patents
Method and device to convert thermal energy into mechanical energy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2479727C2 RU2479727C2 RU2010112413/06A RU2010112413A RU2479727C2 RU 2479727 C2 RU2479727 C2 RU 2479727C2 RU 2010112413/06 A RU2010112413/06 A RU 2010112413/06A RU 2010112413 A RU2010112413 A RU 2010112413A RU 2479727 C2 RU2479727 C2 RU 2479727C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working medium
- phase
- vapor phase
- liquid phase
- condenser
- Prior art date
Links
Images
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
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)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу и устройству для преобразования тепловой энергии в механическую энергию согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения и, соответственно, согласно родовому понятию пункта 10 формулы изобретения; подобный способ и, соответственно, подобное устройство известны, например, из WO 2005/100755 А1.The invention relates to a method and apparatus for converting thermal energy into mechanical energy according to the generic concept of paragraph 1 of the claims and, accordingly, according to the generic concept of
Для низкотемпературных источников тепла с температурами до максимально 400°С, например геотермических флюидов или промышленного отходящего тепла, в последние годы разработаны различные технологии, которые дают возможность преобразовывать их тепло с хорошим КПД в механическую или электрическую энергию. Наряду с Rankine-процессом с органической рабочей средой (органический Rankine-цикл - ORC), прежде всего, так называемый Kalina-цикл отличается заметно лучшим КПД по сравнению с классическим Rankine-процессом. На основе Kalina-цикла разрабатывались различные циркуляционные контуры для различных применений. Эти циркуляционные контуры применяют в качестве рабочей среды вместо воды двухкомпонентную смесь (например, аммиак и вода), причем различные температуры кипения и конденсации обоих веществ и обусловленный тем самым неизотермический процесс кипения и конденсации смеси используются для того, чтобы повысить КПД циркуляционного контура по сравнению с Rankine-циклом.For low-temperature heat sources with temperatures up to a maximum of 400 ° C, such as geothermal fluids or industrial waste heat, various technologies have been developed in recent years that make it possible to convert their heat with good efficiency into mechanical or electrical energy. Along with the Rankine-process with an organic working environment (organic Rankine-cycle - ORC), first of all, the so-called Kalina-cycle has a noticeably better efficiency compared to the classic Rankine-process. Based on the Kalina cycle, various circulation circuits have been developed for various applications. These circulating circuits use a two-component mixture as a working medium instead of water (for example, ammonia and water), and different boiling and condensation temperatures of both substances and the resulting non-isothermal process of boiling and condensing the mixture are used to increase the efficiency of the circulation circuit compared to Rankine cycle.
Обычно подобный Kalina-цикл включает в себя, по меньшей мере, один насос для повышения давления рабочей среды, теплообменник для выработки парообразной фазы рабочей среды за счет теплопередачи от внешнего источника тепла, как, например, геотермических жидкостей или промышленного отходящего тепла, и устройство для создания разрежения, предпочтительно турбину, для разрежения парообразной фазы и преобразования ее тепловой энергии в механическую энергию. Разреженная рабочая среда затем конденсируется в конденсаторе с помощью охладителя.Typically, such a Kalina cycle includes at least one pump for increasing the pressure of the working medium, a heat exchanger for generating a vapor phase of the working medium due to heat transfer from an external heat source, such as geothermal liquids or industrial waste heat, and a device for creating a vacuum, preferably a turbine, for rarefaction of the vapor phase and the conversion of its thermal energy into mechanical energy. The sparse working medium is then condensed in the condenser using a cooler.
Для улучшения КПД в цикл могут быть включены еще другие компоненты. Например, как показано в WO 2005/100755 А1, в циркуляционном контуре между теплообменником и устройством для создания разрежения может быть размещен сепаратор, с помощью которого при лишь частичном испарении рабочей среды в теплообменнике еще имеющаяся жидкая фаза рабочей среды может отделяться от парообразной фазы перед ее подачей в устройство для создания разрежения. Отделенная жидкая фаза может затем посредством смесительного устройства, размещенного в циркуляционном контуре между устройством для создания разрежения и конденсатором, объединяться с разреженной парообразной фазой. Дополнительные теплообменники могут быть предусмотрены для передачи тепла от разреженной рабочей среды к рабочей среде перед ее подачей к теплообменнику.To improve efficiency, other components may be included in the cycle. For example, as shown in WO 2005/100755 A1, a separator can be placed in the circulation circuit between the heat exchanger and the rarefaction device, with which, with only partial evaporation of the working medium in the heat exchanger, the still existing liquid phase of the working medium can be separated from the vapor phase before it feeding into the device to create a vacuum. The separated liquid phase can then be combined with a rarefied vapor phase by means of a mixing device located in the circulation circuit between the rarefaction device and the condenser. Additional heat exchangers may be provided for transferring heat from the rarefied medium to the medium before it is supplied to the heat exchanger.
Известный из ЕР 0756069 Kalina-цикл со смесью аммиака и воды в качестве рабочей среды имеет дополнительно блок дистилляции, размещенный в циркуляционном контуре между конденсатором и насосом, для отделения обедненной аммиачной жидкости из потока рабочей среды. Эта обедненная аммиачная жидкость подается в разреженную в турбине рабочую среду перед ее подачей в конденсатор. The Kalina cycle known from EP 0756069 with a mixture of ammonia and water as the working medium has an additional distillation unit located in the circulation circuit between the condenser and the pump to separate the depleted ammonia liquid from the working medium stream. This depleted ammonia liquid is fed into a rarefied medium in the turbine before it is fed to the condenser.
В магистральном соединении между устройством для создания разрежения и конденсатором, ввиду частичной конденсации рабочей среды, может существовать постоянно возрастающая доля жидкой фазы рабочей среды. Также подача отделенной, например, перед устройством для создания разрежения, жидкой фазы рабочей среды в разреженную парообразную фазу приводит к возрастанию доли жидкой фазы в рабочей среде перед ее подачей в конденсатор. Увеличивающаяся доля жидкой фазы приводит к расслоению смеси веществ и к образованию неоднородного, частично расслоенного двухфазного потока в магистральном соединении. In the trunk connection between the vacuum device and the condenser, due to the partial condensation of the working medium, a constantly increasing proportion of the liquid phase of the working medium may exist. Also, the supply of a separated, for example, front of the device for creating a rarefaction, liquid phase of the working medium into a rarefied vapor phase leads to an increase in the proportion of the liquid phase in the working medium before it is fed to the condenser. An increasing proportion of the liquid phase leads to delamination of the mixture of substances and to the formation of an inhomogeneous, partially stratified two-phase flow in the main connection.
Если рабочая среда состоит, например, из смеси аммиака с водой, то в магистральном соединении из-за этого возникает неоднородный, частично расслоенный двухфазный поток, состоящий из обогащенного аммиаком насыщенного пара и обедненного аммиаком конденсата. Это имеет следствием то, что конденсатор обтекается частично обедненным аммиаком конденсатом, и пар аммиака заполняет лишь остальную часть теплообменника. Обтекаемая доля снижает эффективность конденсатора. К тому же давление конденсации обогащенного аммиаком пара (например, состоящего из 95% аммиака) по сравнению с однородной смесью воды и аммиака заметно выше. Чем выше давление конденсации в конденсаторе, тем меньше перепад давления, создаваемый посредством турбины. Циркуляционный контур генерирует вследствие этого меньше механической или электрической мощности при худшем КПД.If the working medium consists, for example, of a mixture of ammonia with water, then in the main connection a non-uniform, partially stratified two-phase stream arises, consisting of saturated steam enriched with ammonia and depleted of ammonia condensate. This results in the fact that the condenser flows around a partially depleted ammonia condensate, and ammonia vapor fills only the rest of the heat exchanger. The streamlined proportion reduces the efficiency of the capacitor. In addition, the condensation pressure of steam enriched with ammonia (for example, consisting of 95% ammonia) is much higher compared to a homogeneous mixture of water and ammonia. The higher the condensation pressure in the condenser, the lower the pressure drop created by the turbine. The circulation loop therefore generates less mechanical or electrical power with worse efficiency.
Поэтому задачей настоящего изобретения является дополнительно усовершенствовать способ согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения и устройство согласно пункту 10 формулы изобретения, чтобы можно было снизить такие потери КПД.Therefore, the present invention is to further improve the method according to the generic concept of claim 1 and the device according to
Решение задачи, направленной на способ, обеспечивается способом по пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления способа представлены в зависимых пунктах 2-9. Решение задачи, направленной на устройство, обеспечивается устройством по пункту 10 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления устройства представлены в зависимых пунктах 11-18.The solution to the problem directed to the method is provided by the method according to paragraph 1 of the claims. Preferred embodiments of the method are presented in dependent paragraphs 2-9. The solution to the problem directed to the device is provided by the device according to
Соответствующий изобретению способ преобразования тепловой энергии в механическую энергию с использованием рабочей среды, которая состоит из смеси с, по меньшей мере, двумя веществами, которые имеют различные температуры кипения и конденсации, причем рабочая среда, разреженная в устройстве для создания разрежения, в качестве двухфазного потока с жидкой фазой и парообразной фазой подается в конденсатор и в нем конденсируется, предусматривает, что в двухфазном потоке перед или при конденсации рабочей среды в конденсаторе жидкая фаза перемешивается с парообразной фазой.According to the invention, a method of converting thermal energy into mechanical energy using a working medium, which consists of a mixture with at least two substances that have different boiling and condensation temperatures, the working medium being rarefied in a device for creating a vacuum, as a two-phase flow with a liquid phase and a vapor phase is supplied to the condenser and condenses in it, provides that in a two-phase stream before or upon condensation of the working medium in the condenser, the liquid phase mixed with vapor phase.
Тем самым может устраняться расслоение двухкомпонентной смеси, и в двухфазном потоке вновь создается однородная двухкомпонентная смесь. Однородная двухкомпонентная смесь конденсируется при постоянной температуре охладителя в конденсаторе уже при более низком давлении. При более низком давлении конденсации в конденсаторе возрастает, однако, создаваемый турбиной перепад давления, так что большая механическая или электрическая мощность может вырабатываться при более высоком КПД.In this way, stratification of the two-component mixture can be eliminated, and a homogeneous two-component mixture is again created in the two-phase flow. A homogeneous two-component mixture condenses at a constant temperature of the cooler in the condenser already at a lower pressure. At lower condensing pressures, the pressure drop in the condenser increases, however, with the pressure drop generated by the turbine, so that greater mechanical or electrical power can be generated at higher efficiency.
Перемешивание жидкой фазы с парообразной фазой возможно простым способом за счет того, что в двухфазном потоке жидкая фаза отделяется от парообразной фазы и затем отделенная жидкая фаза вновь объединяется с парообразной фазой. При этом предпочтительным образом для объединения отделенная жидкая фаза впрыскивается в парообразную фазу.Mixing the liquid phase with the vapor phase is possible in a simple way due to the fact that in the two-phase flow the liquid phase is separated from the vapor phase and then the separated liquid phase is again combined with the vapor phase. Moreover, in a preferred manner, for combining, the separated liquid phase is injected into the vapor phase.
При этом особенно хорошее перемешивание жидкой и парообразной фазы может быть реализовано за счет того, что для впрыскивания давление отделенной жидкой фазы повышается до значения, которое лежит выше давления парообразной фазы. Отделенная жидкая фаза, таким образом, вводится в парообразную фазу при избыточном давлении. In this case, especially good mixing of the liquid and vapor phase can be realized due to the fact that for injection the pressure of the separated liquid phase rises to a value that lies above the pressure of the vapor phase. The separated liquid phase is thus introduced into the vapor phase at an overpressure.
При этом отделение жидкой фазы от парообразной фазы осуществляется предпочтительным образом непосредственно перед конденсатором, чтобы избежать повторного расслоения двухкомпонентной смеси по пути к конденсатору. In this case, the separation of the liquid phase from the vapor phase is preferably carried out directly in front of the condenser in order to avoid re-separation of the two-component mixture along the path to the condenser.
Само перемешивание может также осуществляться непосредственно перед конденсатором, а также непосредственно в конденсаторе.Mixing itself can also be carried out directly in front of the condenser, as well as directly in the condenser.
Предпочтительным образом рабочая среда проходит при этом в замкнутом циркуляционном контуре после конденсации, по меньшей мере, следующие этапы способа:In a preferred way, the working medium then passes in at least the following process steps in a closed circulation loop after condensation:
- повышение давления рабочей среды,- increasing the pressure of the working environment,
- формирование парообразной фазы рабочей среды посредством теплопередачи от внешнего источника тепла и- the formation of the vapor phase of the working medium through heat transfer from an external heat source and
- создание разрежения в парообразной фазе и преобразование ее тепловой энергии в механическую энергию.- creating a vacuum in the vapor phase and converting its thermal energy into mechanical energy.
Рабочая среда может при этом посредством теплопередачи полностью испаряться (т.е. имеется только парообразная фаза) или частично испаряться (то есть имеется парообразная и жидкая фаза). При лишь частичном испарении предпочтительным образом перед разрежением парообразная фаза рабочей среды отделяется от жидкой фазы и после ее разрежения вновь вводится. Жидкая фаза, таким образом, проводится мимо устройства для создания разрежения для разрежения парообразной фазы. In this case, the working medium can evaporate completely through heat transfer (i.e., there is only a vapor phase) or partially evaporate (i.e. there is a vapor and liquid phase). With only partial evaporation, the vaporous phase of the working medium is preferably separated from the liquid phase before being diluted before being diluted and reintroduced. The liquid phase, thus, is passed by the device to create a vacuum for rarefaction of the vapor phase.
Рабочая среда может после разрежения непосредственно или через один или несколько промежуточным образом включенных теплообменников, которые передают тепло разреженной парообразной фазы на рабочую среду перед ее, по меньшей мере, частичным испарением, подводиться к конденсатору.After rarefaction, the working medium can be supplied directly to the condenser directly or through one or several interconnected heat exchangers, which transfer the heat of the rarefied vapor phase to the working medium before at least partial evaporation.
Предпочтительным образом в качестве внешнего источника тепла применяется геотермическая жидкость, промышленное отходящее тепло или отработанное тепло двигателя внутреннего сгорания.Preferably, a geothermal liquid, industrial waste heat or waste heat from an internal combustion engine is used as an external heat source.
При этом особенно хороший КПД достигается, если в качестве рабочей среды применяется смесь аммиака и воды. Moreover, a particularly good efficiency is achieved if a mixture of ammonia and water is used as the working medium.
Соответствующее изобретению устройство для преобразования тепловой энергии в механическую энергию с использованием рабочей среды, которая состоит из смеси веществ с, по меньшей мере, двумя веществами, которые имеют различные температуры кипения и конденсации, содержит конденсатор для конденсации рабочей среды, причем рабочая среда, разреженная в устройстве для создания разрежения, перед ее подачей в конденсатор представляет собой двухфазный поток с жидкой фазой и парообразной фазой, и перемешивающее устройство для перемешивания жидкой фазы двухфазного потока с парообразной фазой двухфазного потока перед или при конденсации рабочей среды в конденсаторе.The device according to the invention for converting thermal energy into mechanical energy using a working medium, which consists of a mixture of substances with at least two substances that have different boiling and condensation temperatures, contains a condenser for condensing the working medium, and the working medium is rarefied in device for creating a vacuum, before it is fed into the condenser is a two-phase stream with a liquid phase and a vapor phase, and a mixing device for mixing liquid phase of a two-phase flow with a vapor phase of a two-phase flow before or during condensation of the working medium in the condenser.
Предпочтительным образом перемешивающее устройство содержит сепаратор для отделения жидкой фазы от парообразной фазы и, по меньшей мере, одну форсунку для впрыскивания отделенной жидкой фазы в парообразную фазу.Preferably, the mixing device comprises a separator for separating the liquid phase from the vapor phase and at least one nozzle for injecting the separated liquid phase into the vapor phase.
Если перемешивающее устройство содержит насос, посредством которого давление отделенной жидкой фазы может повышаться до значения, которое лежит выше давления парообразной фазы, при впрыскивании можно достичь особенно хорошего перемешивания обеих фаз.If the mixing device comprises a pump, by means of which the pressure of the separated liquid phase can increase to a value which lies above the pressure of the vapor phase, an especially good mixing of both phases can be achieved by injection.
Если сепаратор размещен в направлении потока рабочей среды непосредственно перед конденсатором, может предотвращаться повторное расслоение двухкомпонентной смеси на пути к конденсатору. If the separator is placed in the direction of flow of the medium directly in front of the condenser, re-separation of the two-component mixture on the way to the condenser can be prevented.
По меньшей мере, одна форсунка может быть размещена сама в направлении потока рабочей среды также непосредственно перед или в конденсаторе.At least one nozzle may itself be placed in the direction of flow of the medium also directly in front of or in the condenser.
Согласно особенно предпочтительному выполнению, рабочая среда может направляться в устройстве в замкнутом циркуляционном контуре, который в направлении потока рабочей среды после конденсатора содержит, по меньшей мере, следующие компоненты:According to a particularly preferred embodiment, the working medium can be guided in the device in a closed circulation circuit, which in the direction of the working medium flow after the condenser contains at least the following components:
- насос для повышения давления рабочей среды,- a pump to increase the pressure of the working medium,
- теплообменник для выработки парообразной фазы рабочей среды путем теплопередачи от внешнего источника тепла и- a heat exchanger for generating a vapor phase of the working medium by heat transfer from an external heat source and
- устройство для создания разрежения, в частности турбину, для разрежения парообразной фазы и преобразования ее тепловой энергии в механическую энергию.- a device for creating a vacuum, in particular a turbine, for rarefaction of the vapor phase and the conversion of its thermal energy into mechanical energy.
При этом рабочая среда может посредством теплопередачи полностью испаряться (т.е. имеется только парообразная фаза) или частично испаряться (то есть имеется парообразная и жидкая фаза). При лишь частичном испарении циркуляционный контур предпочтительным образом содержит размещенный между теплообменником и устройством для создания разрежения сепаратор для отделения жидкой фазы от парообразной фазы и светвитель, размещенный между устройством для создания разрежения и перемешивающим устройством для объединения отделенной жидкой фазы и разреженной парообразной фазы. Жидкая фаза, таким образом, может проводиться мимо устройства для создания разрежения для разрежения парообразной фазы. In this case, the working medium can completely evaporate through heat transfer (i.e., there is only a vapor phase) or partially evaporate (i.e., there is a vapor and liquid phase). With only partial evaporation, the circulation circuit preferably comprises a separator arranged between the heat exchanger and the rarefaction device for separating the liquid phase from the vapor phase and a splitter located between the rarefaction device and the mixing device for combining the separated liquid phase and the rarefied vapor phase. The liquid phase, thus, can be conducted past the device to create a vacuum for rarefaction of the vapor phase.
Предпочтительным образом в качестве внешнего источника тепла применяется геотермическая жидкость, промышленное отходящее тепло или отработанное тепло двигателя внутреннего сгорания.Preferably, a geothermal liquid, industrial waste heat or waste heat from an internal combustion engine is used as an external heat source.
Предпочтительным образом в качестве рабочей среды применяется смесь аммиака и воды. Preferably, a mixture of ammonia and water is used as the working medium.
Изобретение и его дополнительные предпочтительные варианты осуществления согласно признакам зависимых пунктов формулы изобретения далее поясняются на примерах выполнения со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:The invention and its additional preferred embodiments according to the characteristics of the dependent claims are further explained with reference to the drawings, which show the following:
Фиг.1 - циркуляционный контур согласно особенно предпочтительному выполнению изобретения,Figure 1 - circulation circuit according to a particularly preferred embodiment of the invention,
Фиг.2 - пример расслоения двухкомпонентной смеси в магистральном соединении, Figure 2 is an example of the stratification of a two-component mixture in the main connection,
Фиг.3 - перемешивающее устройство с совместным впрыском для нескольких конденсаторов, Figure 3 - mixing device with joint injection for several capacitors,
Фиг.4 - перемешивающее устройство с впрыском непосредственно в конденсаторы,Figure 4 - mixing device with injection directly into the capacitors,
Фиг.5 - перемешивающее устройство с отдельным впрыском для каждого отдельного конденсатора.5 is a mixing device with a separate injection for each individual capacitor.
Показанное на фиг.1 устройство 1 для преобразования тепловой энергии в механическую энергию содержит циркуляционный контур 2, в котором в направлении потока рабочей среды в качестве существенных компонентов друг за другом размещены насос 3 для повышения давления рабочей среды, теплообменник 4 для выработки парообразной фазы рабочей среды посредством теплопередачи от внешнего источника 5 тепла, турбина 6 для разрежения парообразной фазы рабочей среды и преобразования ее тепловой энергии в механическую энергию, перемешивающее устройство 7 для перемешивания жидкой и парообразной фазы рабочей среды и конденсатор 8 для полной конденсации рабочей среды с помощью охладителя 9. В качестве внешнего источника 5 тепла может использоваться, например, геотермическая жидкость, промышленное отходящее тепло или отработанное тепло двигателя внутреннего сгорания. Турбина 6 приводит в движение не показанный подробно генератор, который преобразует механическую энергию в электрическую энергию. The device 1 for converting thermal energy into mechanical energy shown in FIG. 1 contains a
Рабочая среда состоит из смеси веществ с, по меньшей мере, двумя веществами, которые имеют различные температуры кипения и конденсации. Далее исходим из того, что в качестве рабочей среды применяется смесь аммиака и воды. The working medium consists of a mixture of substances with at least two substances that have different boiling and condensation temperatures. Further, we proceed from the fact that a mixture of ammonia and water is used as the working medium.
В качестве дополнительных компонентов циркуляционный контур 2 содержит размещенный между теплообменником 4 и турбиной 6 сепаратор 15 для отделения жидкой фазы от парообразной фазы рабочей среды и размещенный между турбиной 6 и перемешивающим устройством 7 светвитель 16 для объединения отделенной жидкой фазы и разреженной парообразной фазы.As additional components, the
В процессе работы циркуляционного контура 2 рабочая среда после конденсатора 8 имеется исключительно как жидкость. Жидкая рабочая среда посредством насоса 3 доводится до повышенного давления и затем в теплообменнике 4, по меньшей мере, частично испаряется, то есть после теплообменника 4 рабочая среда имеется в парообразной фазе и, соответственно, обедненной аммиаком жидкой фазе. В сепараторе 15 еще имеющаяся жидкая фаза отделяется от парообразной фазы.During the operation of the
Парообразная фаза расширяется в турбине 6, и ее тепловая энергия преобразуется в механическую энергию. Механическая энергия может затем использоваться, например, для выработки тока.The vapor phase expands in the
В светвителе 16 разреженная парообразная фаза вновь объединяется с отделенной перед этим жидкой фазой. In the
В магистральном соединении 10 между турбиной 6 и конденсатором 8, ввиду частичной конденсации разреженной парообразной фазы и, соответственно, подведенной через светвитель 16 жидкой фазы, возникает увеличенная жидкостная составляющая в смеси аммиака и воды и расслоение на обогащенный аммиаком насыщенный пар 11 и обедненный аммиаком конденсат 12 (см. фиг.2). Тем самым в конденсатор 8 вводился бы неоднородный, частично расслоенный поток рабочей среды. Следствием этого было бы то, что конденсатор 8 был бы залит частично обедненным аммиаком конденсатом 12, а остальная часть конденсатора была бы заполнена обогащенным аммиаком насыщенным паром 11. Залитая часть снижала бы эффективность конденсатора и тем самым повышала давление конденсации, так как давление конденсации обогащенного аммиаком насыщенного пара (примерно 95% аммиака), по сравнению с однородной смесью воды и аммиака, заметно выше. Однако при повышении давления конденсации в конденсаторе снижается создаваемый турбиной перепад давления и тем самым вырабатываемая механическая или электрическая мощность. In the
Чтобы избежать подобной потери КПД, циркуляционный контур 2 содержит перемешивающее устройство 7. Перемешивающее устройство 7 содержит сепаратор 20 для отделения обедненной аммиаком жидкой фазы от обогащенной аммиаком парообразной фазы и форсунку 21 для впрыскивания отделенной жидкой фазы в парообразную фазу, причем сепаратор 20 и форсунка 21 размещены в направлении потока рабочей среды друг за другом в соединительном трубопроводе 10 между турбиной 6 и конденсатором 8 после светвителя 16. Отделенная в сепараторе 20 жидкая фаза через обводной трубопровод 14 подается в форсунку 21. В обводной трубопровод 14 включены насос 22 и регулировочный клапан 23. To avoid such a loss of efficiency, the
С помощью насоса 22 давление отделенной жидкой фазы в обводном трубопроводе 14 может повышаться до значения, которое лежит выше давления парообразной фазы после сепаратора 20. Посредством регулировочного клапана 23 может регулироваться количество жидкой фазы, подаваемой в форсунку 21.Using the
Сепаратор 20 размещен в направлении потока рабочей среды непосредственно перед конденсатором 8, чтобы предотвратить повторное расслоение рабочей среды на ее остаточном пути к конденсатору 8. Форсунка 21 может быть размещена в направлении потока рабочей среды непосредственно перед или в конденсаторе 8. The
С помощью сепаратора 20 осуществляется отделение обогащенной аммиаком парообразной фазы от обедненной аммиаком жидкой фазы. Обедненная аммиаком жидкая фаза подается к форсунке 21 через обводной трубопровод 14. При этом с помощью насоса 22 давление обедненной аммиаком жидкой фазы повышается до значения, которое лежит выше давления обогащенной аммиаком парообразной фазы. За счет этого обедненная аммиаком жидкая фаза в форсунке 21 впрыскивается под избыточным давлением в обогащенную аммиаком парообразную фазу. Тем самым может быть снова создана однородная смесь аммиака с водой и подана в конденсатор 8, которая при постоянной температуре охладителя в конденсаторе конденсируется как обогащенная аммиаком парообразная фаза уже при пониженном давлении. Однако при пониженном давлении конденсации в конденсаторе повышается создаваемый посредством турбины перепад давления, и циркуляционный контур может, таким образом, вырабатывать больше электрической энергии при повышенном КПД. Using the
В случае нескольких конденсаторов 8, включенных параллельно в направлении потока рабочей среды, как показано на фиг.3, может быть предусмотрено единственное перемешивающее устройство 7 с единственным сепаратором 20 и единственной форсункой 21 для всех конденсаторов 8. Сепаратор 20 и форсунка 21 тогда размещены предпочтительно непосредственно перед конденсаторами 8. Таким образом, имеет место общее впрыскивание жидкой фазы в парообразную фазу для всех конденсаторов 8.In the case of
В качестве альтернативы, в случае нескольких конденсаторов 8, включенных параллельно в направлении потока рабочей среды, также может быть предусмотрено перемешивающее устройство 7 с единственным сепаратором 20 и, соответственно, одной или несколькими форсункам 21 для каждого из конденсаторов 8. В примере выполнения согласно фиг.4 сепаратор 20 размещен непосредственно перед конденсаторами 8, и форсунки 21 размещены в конденсаторах 8. Жидкая фаза, таким образом, впрыскивается непосредственно в конденсаторы 8. Подача жидкой фазы к форсункам 21 регулируется посредством общего регулировочного клапана 23.Alternatively, in the case of
Форсунки 21 также могут, как показано на фиг.5, размещаться непосредственно перед соответствующими конденсаторами 8, то есть имеет место отдельное впрыскивание для каждого отдельного конденсатора 8. Подача жидкой фазы к каждой из форсунок 21 здесь может регулироваться посредством соответствующего собственного регулировочного клапана 23 для каждого из конденсаторов 8.The
Claims (19)
- повышение давления рабочей среды,
- формирование парообразной фазы рабочей среды посредством теплопередачи от внешнего источника (5) тепла и
- создание разрежения в парообразной фазе и преобразование ее тепловой энергии в механическую энергию.7. The method according to claim 1, characterized in that the working medium passes in a closed circulation circuit (2) after condensation, at least the following steps of the method:
- increasing the pressure of the working environment,
- the formation of the vapor phase of the working medium through heat transfer from an external source (5) of heat and
- creating a vacuum in the vapor phase and converting its thermal energy into mechanical energy.
- насос (3) для повышения давления рабочей среды,
- теплообменник (4) для выработки парообразной фазы рабочей среды путем теплопередачи от внешнего источника (5) тепла и
- устройство (6) для создания разрежения, в частности турбину, для разрежения парообразной фазы и преобразования ее тепловой энергии в механическую энергию.16. The device (1) according to claim 11, characterized in that the working medium can be guided in the device (1) in a closed circulation circuit (2), which in the direction of flow of the working medium after the condenser (8) contains at least the following Components:
- a pump (3) to increase the pressure of the working medium,
- a heat exchanger (4) for generating a vapor phase of the working medium by heat transfer from an external heat source (5) and
- a device (6) for creating a vacuum, in particular a turbine, for rarefaction of the vapor phase and the conversion of its thermal energy into mechanical energy.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102007041458 | 2007-08-31 | ||
| DE102007041458.9 | 2007-08-31 | ||
| PCT/EP2008/060921 WO2009027302A2 (en) | 2007-08-31 | 2008-08-21 | Method and device for converting thermal energy into mechanical energy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010112413A RU2010112413A (en) | 2011-10-10 |
| RU2479727C2 true RU2479727C2 (en) | 2013-04-20 |
Family
ID=40387915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010112413/06A RU2479727C2 (en) | 2007-08-31 | 2008-08-21 | Method and device to convert thermal energy into mechanical energy |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20110000205A1 (en) |
| EP (1) | EP2188500A2 (en) |
| KR (1) | KR20100074166A (en) |
| CN (1) | CN101842558A (en) |
| AU (1) | AU2008291094A1 (en) |
| RU (1) | RU2479727C2 (en) |
| WO (1) | WO2009027302A2 (en) |
Families Citing this family (38)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008045450B4 (en) * | 2008-02-01 | 2010-08-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for operating a thermodynamic cycle and thermodynamic cycle |
| US8578714B2 (en) * | 2009-07-17 | 2013-11-12 | Lockheed Martin Corporation | Working-fluid power system for low-temperature rankine cycles |
| US8991181B2 (en) * | 2011-05-02 | 2015-03-31 | Harris Corporation | Hybrid imbedded combined cycle |
| US20130174602A1 (en) * | 2011-11-23 | 2013-07-11 | Tenoroc Llc | Aerodynamic separation nozzle |
| US9038389B2 (en) | 2012-06-26 | 2015-05-26 | Harris Corporation | Hybrid thermal cycle with independent refrigeration loop |
| US9284857B2 (en) * | 2012-06-26 | 2016-03-15 | The Regents Of The University Of California | Organic flash cycles for efficient power production |
| US20140124443A1 (en) * | 2012-11-07 | 2014-05-08 | Robert L. McGinnis | Systems and Methods for Integrated Heat Recovery in Thermally Separable Draw Solute Recycling in Osmotically Driven Membrane Processes |
| US9297387B2 (en) | 2013-04-09 | 2016-03-29 | Harris Corporation | System and method of controlling wrapping flow in a fluid working apparatus |
| US9303514B2 (en) | 2013-04-09 | 2016-04-05 | Harris Corporation | System and method of utilizing a housing to control wrapping flow in a fluid working apparatus |
| US9574563B2 (en) | 2013-04-09 | 2017-02-21 | Harris Corporation | System and method of wrapping flow in a fluid working apparatus |
| US9303533B2 (en) | 2013-12-23 | 2016-04-05 | Harris Corporation | Mixing assembly and method for combining at least two working fluids |
| CN107923265B (en) * | 2015-08-13 | 2021-01-15 | 气体膨胀汽车有限公司 | Heat engine |
| KR101827460B1 (en) * | 2016-12-14 | 2018-02-08 | 재단법인 건설기계부품연구원 | Warm-up system by recovering waste heat of construction machinery |
| CN107120150B (en) * | 2017-04-29 | 2019-03-22 | 天津大学 | Thermodynamic cycle based on non-azeotropic working medium rises dimension construction method |
| US10487699B2 (en) | 2017-08-08 | 2019-11-26 | Saudi Arabian Oil Company | Natural gas liquid fractionation plant waste heat conversion to cooling capacity using kalina cycle |
| US10436077B2 (en) | 2017-08-08 | 2019-10-08 | Saudi Arabian Oil Company | Natural gas liquid fractionation plant waste heat conversion to potable water using modified multi-effect distillation system |
| US10677104B2 (en) | 2017-08-08 | 2020-06-09 | Saudi Arabian Oil Company | Natural gas liquid fractionation plant waste heat conversion to simultaneous power, cooling and potable water using integrated mono-refrigerant triple cycle and modified multi-effect-distillation system |
| US10626756B2 (en) | 2017-08-08 | 2020-04-21 | Saudi Arabian Oil Company | Natural gas liquid fractionation plant waste heat conversion to power using dual turbines organic Rankine cycle |
| US10690407B2 (en) | 2017-08-08 | 2020-06-23 | Saudi Arabian Oil Company | Natural gas liquid fractionation plant waste heat conversion to simultaneous power and potable water using organic Rankine cycle and modified multi-effect-distillation systems |
| US10684079B2 (en) * | 2017-08-08 | 2020-06-16 | Saudi Arabian Oil Company | Natural gas liquid fractionation plant waste heat conversion to simultaneous power and cooling capacities using modified goswami system |
| US10480355B2 (en) | 2017-08-08 | 2019-11-19 | Saudi Arabian Oil Company | Natural gas liquid fractionation plant waste heat conversion to simultaneous power, cooling and potable water using modified goswami cycle and new modified multi-effect-distillation system |
| US10494958B2 (en) | 2017-08-08 | 2019-12-03 | Saudi Arabian Oil Company | Natural gas liquid fractionation plant waste heat conversion to simultaneous power and cooling capacities using integrated organic-based compressor-ejector-expander triple cycles system |
| US10662824B2 (en) | 2017-08-08 | 2020-05-26 | Saudi Arabian Oil Company | Natural gas liquid fractionation plant waste heat conversion to power using organic Rankine cycle |
| US10451359B2 (en) | 2017-08-08 | 2019-10-22 | Saudi Arabian Oil Company | Natural gas liquid fractionation plant waste heat conversion to power using Kalina cycle |
| US10480354B2 (en) | 2017-08-08 | 2019-11-19 | Saudi Arabian Oil Company | Natural gas liquid fractionation plant waste heat conversion to simultaneous power and potable water using Kalina cycle and modified multi-effect-distillation system |
| US10663234B2 (en) | 2017-08-08 | 2020-05-26 | Saudi Arabian Oil Company | Natural gas liquid fractionation plant waste heat conversion to simultaneous cooling capacity and potable water using kalina cycle and modified multi-effect distillation system |
| US10443453B2 (en) | 2017-08-08 | 2019-10-15 | Saudi Araabian Oil Company | Natural gas liquid fractionation plant cooling capacity and potable water generation using integrated vapor compression-ejector cycle and modified multi-effect distillation system |
| BE1026296B9 (en) * | 2018-05-23 | 2020-02-24 | Bart Gios | CLOSED CYCLE ABSORPTION SYSTEM AND METHOD FOR COOLING AND GENERATING POWER |
| US11592009B2 (en) | 2021-04-02 | 2023-02-28 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig |
| US11359576B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-06-14 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods utilizing gas temperature as a power source |
| US11493029B2 (en) | 2021-04-02 | 2022-11-08 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig |
| US11480074B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-10-25 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods utilizing gas temperature as a power source |
| US11255315B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-02-22 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Controller for controlling generation of geothermal power in an organic Rankine cycle operation during hydrocarbon production |
| US11644015B2 (en) | 2021-04-02 | 2023-05-09 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig |
| 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 |
| 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 |
| 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 |
| US11761355B2 (en) * | 2021-09-29 | 2023-09-19 | Linden Noble | Vapor-powered liquid-driven turbine |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU781373A1 (en) * | 1978-12-14 | 1980-11-23 | Государственный Научно-Исследовательский Энергетический Институт Им.Г.М.Кржижановского | Power plant |
| US4732005A (en) * | 1987-02-17 | 1988-03-22 | Kalina Alexander Ifaevich | Direct fired power cycle |
| US5953918A (en) * | 1998-02-05 | 1999-09-21 | Exergy, Inc. | Method and apparatus of converting heat to useful energy |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4769593A (en) * | 1986-06-10 | 1988-09-06 | Conoco Inc. | Method and apparatus for measurement of steam quality |
| WO1990008882A1 (en) * | 1989-01-31 | 1990-08-09 | Tselevoi Nauchno-Tekhnichesky Kooperativ 'stimer' | Method for converting thermal energy of a working medium into mechanical energy in a steam plant |
| JP3011669B2 (en) * | 1997-01-21 | 2000-02-21 | 株式会社東芝 | Mixed media cycle power generation system |
| US7654100B2 (en) * | 2001-04-26 | 2010-02-02 | Rini Technologies, Inc. | Method and apparatus for high heat flux heat transfer |
| US6820421B2 (en) * | 2002-09-23 | 2004-11-23 | Kalex, Llc | Low temperature geothermal system |
| DE10335134A1 (en) * | 2003-07-31 | 2005-02-17 | Siemens Ag | Method and device for carrying out a thermodynamic cycle |
| CN1993536B (en) * | 2004-04-16 | 2011-09-14 | 西门子公司 | Method and device for carrying out a thermodynamic cyclic process |
| US8091360B2 (en) * | 2005-08-03 | 2012-01-10 | Amovis Gmbh | Driving device |
| DE102006036122A1 (en) * | 2005-08-03 | 2007-02-08 | Amovis Gmbh | Power system for vehicles has an IC engine cooled by two coolant circuits and with some of the coolant converted into a gas phase to drive an expansion engine |
-
2008
- 2008-08-21 US US12/675,791 patent/US20110000205A1/en not_active Abandoned
- 2008-08-21 CN CN200880113544A patent/CN101842558A/en active Pending
- 2008-08-21 RU RU2010112413/06A patent/RU2479727C2/en not_active IP Right Cessation
- 2008-08-21 KR KR1020107006991A patent/KR20100074166A/en not_active Application Discontinuation
- 2008-08-21 EP EP08787367A patent/EP2188500A2/en not_active Withdrawn
- 2008-08-21 AU AU2008291094A patent/AU2008291094A1/en not_active Abandoned
- 2008-08-21 WO PCT/EP2008/060921 patent/WO2009027302A2/en active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU781373A1 (en) * | 1978-12-14 | 1980-11-23 | Государственный Научно-Исследовательский Энергетический Институт Им.Г.М.Кржижановского | Power plant |
| US4732005A (en) * | 1987-02-17 | 1988-03-22 | Kalina Alexander Ifaevich | Direct fired power cycle |
| US5953918A (en) * | 1998-02-05 | 1999-09-21 | Exergy, Inc. | Method and apparatus of converting heat to useful energy |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101842558A (en) | 2010-09-22 |
| WO2009027302A3 (en) | 2010-03-25 |
| AU2008291094A1 (en) | 2009-03-05 |
| KR20100074166A (en) | 2010-07-01 |
| WO2009027302A2 (en) | 2009-03-05 |
| US20110000205A1 (en) | 2011-01-06 |
| EP2188500A2 (en) | 2010-05-26 |
| RU2010112413A (en) | 2011-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2479727C2 (en) | Method and device to convert thermal energy into mechanical energy | |
| US7516619B2 (en) | Efficient conversion of heat to useful energy | |
| KR920009139B1 (en) | Method and apparatus for implementing a thermodynamic cycle using a fluid of changing concentration | |
| US7021060B1 (en) | Power cycle and system for utilizing moderate temperature heat sources | |
| US5029444A (en) | Method and apparatus for converting low temperature heat to electric power | |
| CN1067138C (en) | System and apparatus for conversion of thermal energy into mechanical and electrical power | |
| RU2480591C2 (en) | Operation method of thermodynamic circuit, and thermodynamic circuit itself | |
| KR920009138B1 (en) | Method of generating energy | |
| JP5800295B2 (en) | Steam power cycle system | |
| JP4388067B2 (en) | Method and apparatus for performing a thermodynamic cycle | |
| EP1070830A1 (en) | Method and apparatus of converting heat to useful energy | |
| US8555643B2 (en) | Systems and methods extracting useable energy from low temperature sources | |
| US20150135709A1 (en) | Cascaded power plant using low and medium temperature source fluid | |
| US20120297774A1 (en) | Exhaust heat recovery system, energy supply system, and exhaust heat recovery method | |
| WO2013115668A1 (en) | Heat engine and method for utilizing waste heat | |
| KR101917430B1 (en) | Power generating apparatus | |
| TWI579520B (en) | Heat exchanger, heat engine system and control method using the same | |
| DK1936129T3 (en) | Method and apparatus for converting heat into usable energy | |
| RU2347917C2 (en) | Combined power plant with atomic reactor | |
| JP2001248409A (en) | Exhaust heat recovery system | |
| KR101294948B1 (en) | Power system for improved thermal and condensing efficiency | |
| AU2011225700B2 (en) | Improved thermodynamic cycle | |
| KR101294974B1 (en) | Method and Apparatus for Converting Thermal Energy | |
| CN110017183A (en) | Engine Two-way Cycle waste heat recovery generating system | |
| CA2570654C (en) | Efficient conversion of heat to useful energy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130822 |