ES2899700T3 - Dispositivo de energía geotérmica - Google Patents

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Solomon Ioramashvili
Shalva Kochladze
David Jincharadze
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Beridze Enriko
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Abstract

Un dispositivo de energía geotérmica que comprende tuberías descendente (4) y ascendente (3) colocadas en un pozo (1), cerrado unilateralmente (13) solo desde la superficie del suelo (2), que se llenan con un agente térmico fluido y se conectan entre sí con un intercambiador de calor (6) en la profundidad del pozo (1), en este, el tubo descendente (4) está equipado con al menos una, o varias válvulas (12) de retención mecánica secuencial, y en el tubo descendente (4) en la superficie del suelo (2) también hay instalada una bomba (5) de empuje descendente para el agente térmico y su condensado de vapor, y el extremo del tubo ascendente (3) en la superficie del suelo (2) está conectado con una turbina (7) de vapor, que a su vez, está conectada a dicha bomba (5) por medio de una tubería y un condensador (9) de vapor para la condensación y el suministro a la bomba (5) de vapor de escape que pasa a través de la turbina (7), caracterizado porque la terminación del tubo ascendente (3) está conectada con la turbina (7) por medio de un acelerador de impulsos que consiste en una válvula controlada (10) provista para convertir el agente térmico de fase líquida a gaseosa, un dispositivo de control que maneja la duración de bloqueo-desbloqueo de la válvula (10) y frecuencia para oscilar el vapor del agente térmico a una frecuencia resonante, y una boquilla (11) dirigida por turbina (7) que acelera el vapor del agente térmico que se rocía a través de la válvula (10).

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de energía geotérmica
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere al dispositivo de energía geotérmica con un ciclo binario de convección forzada, para generar varios tipos de energía, incluida la energía eléctrica. Su resultado técnico es aumentar el coeficiente de eficiencia (CE), simplificar la construcción y reducir los costos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Un ciclo binario es un ciclo termodinámico que usa dos fluidos de trabajo, uno de los cuales se caracteriza por una baja presión de saturación en condiciones de alta temperatura, y el otro por una baja temperatura de evaporación. En nuestro caso, un fluido de trabajo en las profundidades del suelo, en el pozo, es agua caliente naturalmente existente (o un gas caliente en el mismo pero árido espacio), y el otro cuerpo es el agente térmico, por ejemplo, isobuteno, que se bombea a alta presión y se coloca en el circuito cerrado de las tuberías hacia arriba y hacia abajo. En cuanto a la esencia del ciclo, su función es llevar la energía geotérmica desde las profundidades del suelo a la superficie para su posterior uso directo y/o transformación en energía mecánica y/o eléctrica. El proceso de movimiento de energía a la superficie se realiza mediante el intercambio térmico entre los fluidos de trabajo.
La energía geotérmica es energía del calor natural de la Tierra. Es ampliamente conocido que este calor se puede utilizar por medio de un pozo. El gradiente geotérmico (un cambio de temperatura de acuerdo con la profundidad) en el agujero es un promedio de 2.5-3°C por cada 100 metros. Este calor sale a la superficie del suelo como vapor o agua caliente. Dicho calor puede usarse directamente para calentar casas y edificios y/o generar energía. Existen tres tipos de plantas de energía geotérmica: vapor seco, vapor de agua caliente y plantas de ciclo binario.
A pesar del hecho de que las plantas de energía geotérmica tienen muchas ventajas (la energía generada es renovable, 24/7, "verde", no requiere ningún tipo de costo adicional, sino algunos cargos de prevención y mantenimiento, etc.), todavía se caracterizan por algunas desventajas que impiden el uso generalizado de este tipo de plantas de energía.
En general, la principal desventaja de los tres tipos de plantas de energía geotérmica es que necesitan un ciclo de agua (como regla, el suministro utilizado (llenado)) para renovarse en el horizonte subterráneo del agua. Para este propósito, se necesita un pozo adicional e infraestructura apropiada. Esto reduce significativamente la efectividad de tales plantas de energía. Hay ocasiones frecuentes en que la inyección excesiva en la corteza terrestre de agua usada también hace que la planta de energía se detenga.
El inconveniente de las plantas de energía geotérmica es la liberación de gases y minerales inflamables y/o tóxicos desde el túnel de explotación hacia la superficie del suelo. Esto a su vez conduce a costos adicionales para su utilización y neutralización.
El principal problema (y especialmente para las plantas de energía geotérmica de ciclo binario) es la necesidad de una infraestructura de superficie a gran escala y, por lo tanto, la reducción de los recursos de la tierra. Esto es especialmente importante para los países hambrientos de tierra. En las plantas de energía geotérmica de ciclo binario, esta infraestructura proporciona un intercambio de calor eficiente entre la fuente de agua termal que sale a la superficie del suelo y el agente de calor (fluido de trabajo). Cuanto mayor es la infraestructura de la superficie del suelo, mayor es el volumen del agente de calor y, en consecuencia, más potente es la capacidad de la planta de energía. Sin embargo, a excepción de las restricciones sobre el uso de los recursos de la tierra para la infraestructura de la planta de energía, existen otros problemas: el volumen del agente térmico está limitado con el flujo de agua termal ascendente y con la temperatura de este recurso en la superficie. Por esta razón, un aumento significativo en la cantidad de agente térmico, incluso si se superan las dificultades de la infraestructura aérea, no puede garantizar el aumento de la capacidad de la planta de energía. Los recursos geotérmicos en la Tierra son bastante numerosos y la mayoría de las características son que las plantas de energía de ciclo binario funcionarán con éxito, sin embargo, debido a estos problemas, el desarrollo de energía geotérmica no es capaz de su potencial.
La planta de energía geotérmica de ciclo binario es una especie de planta de energía geotérmica que genera electricidad a partir de depósitos geotérmicos relativamente fríos (a diferencia de las plantas de energía de vapor seco y vapor de agua caliente que generan electricidad al dirigir vapor seco (150°C y temperatura más alta) y vapor de agua caliente (180°C y temperatura más alta) a la turbina. Dado que la temperatura del agua en la superficie del suelo no es lo suficientemente alta en las plantas de energía geotérmica de ciclo binario, para obtener vapor de agua (es inferior a 100°C en la mayoría de las fuentes geotérmicas), el agua termal de la superficie del suelo se bombea al denominado intercambiador de calor, donde este último transfiere el calor al segundo agente térmico (binario). En condiciones de presión atmosférica estándar, la temperatura de ebullición del agente térmico es significativamente más bajo que el del agua (ahora el agente térmico binario utilizado es, por ejemplo, isobuteno o una mezcla de isobuteno e isopentano). El agente térmico binario, que genera energía durante una transición de fase de fluido a gas, se dirige hacia la turbina de tales plantas de energía. El agente térmico binario está en un circuito cerrado. Desde la turbina, el vapor del agente térmico regresa al condensado de fluido y se bombea al intercambiador de calor para comenzar un nuevo ciclo. En cuanto al agua geotérmica usada, se bombea a las rocas que contienen agua a través del pozo descendente.
La información sobre el trabajo de la planta de energía geotérmica de ciclo binario se proporciona en el sitio web:
https://en.wikipedia.org/wiki/ Binary_cycle
Los dispositivos de energía geotérmica y las formas de generación de energía se dan en las fuentes:
RU2621440C1; RU84922U1; RU2000111435A; RU2011121001A; RU2009131111A; RU2008114536A.
También se conoce una planta de energía geotérmica, que toma calor del mineral geotérmico por medio de dos tuberías ascendentes y descendentes instaladas en dos pozos; están conectados entre sí a través de un intercambiador de calor, de modo que el fluido a través del tubo descendente se mueve hacia arriba, al mismo tiempo, la bomba se instala en la tubería hacia abajo en la superficie del suelo y la turbina está en la tubería hacia arriba. WO2015132404 Al).
También se conoce un método doble y un dispositivo para la extracción de energía geotérmica, que prevé una disposición de un pozo con dos tubos, hacia arriba y hacia abajo. En cada pozo, se colocan dos tuberías de circuito diferentes que están conectadas al sistema de agua, que pasa el suelo (ver US3975912 A).
También se conoce un sistema de extracción de calor del mineral geotérmico y una planta de energía geotérmica que contiene dos tuberías hacia arriba y hacia abajo descargadas desde la superficie del suelo; están conectadas entre sí por medio del cilindro térmico, de modo que el fluido convertido en vapor desde el tubo descendente pasa a través del cilindro térmico y hacia el tubo ascendente. En la superficie del suelo está instalado un dispositivo que elimina el calor del líquido de trabajo y lo transfiere a la energía térmica (véase el documento WO2012114297 A2).
El más cercano a la invención presentada con sus signos esenciales es un sistema de intercambio de calor geotérmico, que contiene tuberías ascendentes y descendentes bajadas de la superficie del suelo a un pozo; están conectados entre sí por la caldera (intercambiador de calor) para que el fluido del tubo descendente a través de la caldera pase al tubo ascendente. En la superficie del suelo, la bomba se coloca en la tubería descendente para bombear fluido a la tubería, y la turbina se une a la tubería ascendente, que también está conectada a los intercambiadores de calor, para extraer calor y condensar el vapor usado. En consecuencia, el condensado (fluido) se pasa nuevamente a la bomba (véase el documento US3470943).
El documento DE 202013 101 546 U1 muestra una planta de generación de energía geotérmica basada en un tubo de calor.
GB 318.486 describe una disposición de gobierno para turbinas de vapor o compresores, con un chorro del medio de trabajo de la turbina o compresor se produce una presión en una boquilla colectora, que se varía desplazando la boquilla colectora con respecto a la boquilla de suministro.
El documento US 3.857.244 describe un sistema de recuperación de energía térmica para extraer calor de las cavidades de la tierra en el que se coloca un intercambiador de calor en una cavidad y se acopla en una disposición de intercambio de calor de circuito cerrado con un intercambiador de calor por encima del suelo. Se hace un uso particular de la cabeza de líquido en una tubería que baja al intercambiador de calor en la cavidad para crear una presión sustancial para operar una válvula de expansión en el intercambiador de calor inferior donde ocurre la evaporación para mejorar el intercambio de calor. Este sistema también describe nuevas disposiciones de división de energía de fluido y amplificación de temperatura para mejorar el funcionamiento del sistema.
Todos los dispositivos y métodos especificados tienen más o menos inconvenientes que se describieron anteriormente.
OBJETIVO DE LA INVENCIÓN
El objetivo y el resultado técnico de la presente invención es aumentar la eficiencia (CE) de la planta de energía geotérmica, simplificar la construcción y reducir los costos.
DIVULGACION DE LA INVENCION
El resultado técnico se logra por el hecho de que el dispositivo de energía geotérmica indicado contiene al menos dos tubos ascendentes y descendentes llenos de agente térmico fluido y descargados de la superficie del suelo en un pozo cerrado desde la superficie del suelo; están conectados entre sí con un intercambiador de calor en la profundidad del pozo. Además, el tubo descendente está equipado con una o varias válvulas mecánicas secuenciales de empuje descendente (unidireccional); en la superficie del suelo se monta una bomba que bombea el agente térmico (su condensado de vapor). El extremo del tubo ascendente en la superficie del suelo se dirige a la turbina de vapor. El dispositivo de energía también incluye una tubería que transfiere el vapor del agente térmico y su condensado desde la turbina a la bomba mencionada.
De acuerdo con la fórmula de la invención, tiene las siguientes características distintivas:
- El extremo del tubo ascendente está equipado con una válvula controlada, pero el dispositivo de energía contiene adicionalmente un dispositivo que controla la duración/frecuencia de bloqueo-desbloqueo de la válvula mencionada; - El vapor del agente térmico rechazado de la válvula controlada se dirige a la turbina a través de la boquilla;
- La boquilla mencionada se realiza como "Boquilla Laval";
- El extremo del tubo ascendente está equipado con una válvula electromagnética o electromecánica controlada;
- El extremo del tubo ascendente se dirige hacia la turbina de vapor de condensado;
- Como agente térmico, se utiliza una sustancia evaporativa a baja temperatura, por ejemplo, isobutano, o una mezcla de isobutano e isopreno;
- El pozo se cierra unilateralmente solo desde la superficie del suelo.
REALIZACIONES DE LA INVENCIÓN
La esencia de la invención se expone en los dibujos que se presentan:
La Figura 1 es un esquema principal para el rendimiento del dispositivo de energía geotérmica;
La Figura 2 es el agente térmico dirigiéndose hacia la turbina de vapor; el diagrama de cambio de la temperatura, presión y velocidad del vapor del agente térmico, así como el diseño de la válvula controlada.
El dispositivo de energía geotérmica presentado contiene tuberías ascendentes (3) y descendentes (4) que se ajustan como un circuito continuo (unido) desde la superficie del suelo (2) al pozo (1). En la tubería descendente, en la superficie del suelo, se instala la bomba (5). Los tubos hacia arriba y hacia abajo en la profundidad del pozo están conectados al intercambiador de calor (6). El extremo del tubo ascendente en la superficie del suelo se dirige a la turbina de vapor de tipo condensación (7), que está conectada al generador eléctrico (8). El dispositivo de energía contiene un condensador de vapor de escape (9) desde una turbina de vapor, así como la tubería para el reabastecimiento de condensado a la bomba. El extremo del tubo ascendente está equipado con una válvula controlada (10) con su dispositivo de control (incluyendo posiblemente una computadora) (no mostrada en las figuras). La válvula controlada puede ser de diferentes tipos, incluidos los tipos electromagnéticos o electromecánicos y pueden tener la capacidad de controlarse con una regulación de frecuencia/duración de bloqueo-desbloqueo. Entre dicha válvula controlada y la turbina de vapor, se coloca la boquilla de vapor (11), que se realiza como una "boquilla de Laval". La tubería descendente está equipada con unas pocas (al menos una) válvulas de retención (12) que permite que el agente térmico bombeado en la tubería fluya solo en una dirección (al intercambiador de calor). Para evitar la pérdida de agua termal y/o la atomización de gases nocivos asociados a la atmósfera, el pozo se cierra con una tapa protectora (13).
El dispositivo de energía geotérmica funciona de la siguiente manera:
Inicialmente, en la posición bloqueada de la válvula controlada (10), las tuberías hacia abajo (4) y hacia arriba (3) se llenan con el agente térmico-isobutano. Esto lo hace la bomba (5). Como resultado del bombeo, el isobutano en las tuberías se conduce a la condición de fluido y se bombea el volumen máximo de isobutano al sistema. La energía geotérmica en la profundidad del pozo provoca el aumento de temperatura del isobutano fluido en las tuberías (3,4) y el intercambiador de calor (6) (sin embargo, a pesar del aumento de temperatura, el agente de calor no se evapora en condiciones de alta presión). Después de alcanzar ciertos indicadores de "trabajo" de presión y temperatura (los indicadores de "trabajo" dependen de la configuración del dispositivo de energía, la profundidad de la ubicación del intercambiador de calor, las características de la fuente geotérmica, etc.), abrimos la válvula controlada (10). Como resultado, conectamos el suministro de energía. En cada abertura de la válvula controlada, el vapor de isobutano fluido se atomiza desde el extremo del tubo ascendente (que tiene energía potencial y cinética); se atomiza en la boquilla (11) y va a la turbina de vapor (7). Desde la válvula controlada (10) hacia la zona de transición de la boquilla de Laval (11), la temperatura del agente térmico "T" y la presión "P" caen bruscamente, su estado (fluido a gas) cambia y la velocidad "V" de su vapor aumenta en la zona de aceleración de la boquilla de Laval. En consecuencia, la energía cinética del agente térmico aumenta significativamente (proporcionalmente al cuadrado de la velocidad), lo que provoca el funcionamiento efectivo de la rotación de la turbina de vapor (7). La rotación de la turbina se transfiere al generador (8) y se genera electricidad. Desde la turbina de tipo condensado ( 7) el vapor expulsado del agente térmico pasa al condensador (9), vuelve a la condición de fluido y el fluido se reanuda en el tubo descendente por medio de la bomba (5). La duración/frecuencia del bloqueo-desbloqueo de la válvula controlada (10) en el proceso mencionado se regula (de forma mecánica o automática, por ejemplo por medio de una computadora) para que la duración/frecuencia de su bloqueo-desbloqueo sea conforme a los parámetros de los componentes del dispositivo de energía (el volumen de las tuberías hacia arriba y hacia abajo y del intercambiador de calor, en consecuencia el volumen del agente térmico en el sistema; el modo y la capacidad de la bomba; características de la fuente geotérmica; configuración de la boquilla, etc.) para alcanzar el máximo posible de energía cinética del agente térmico "caído" en la turbina. Al ajustar esta válvula, se logra empíricamente un modo óptimo y la instalación del dispositivo de energía geotérmica para un efecto máximo (aunque el cálculo teórico de tal modo es bastante posible). Es probable que dicho dispositivo de energía regulada se "calibre" solo después de reparaciones periódicas u otros trabajos de mantenimiento.
En la parte distintiva de las Reivindicaciones se dan características esenciales y resultados logrados que tienen la siguiente conexión causa-resultado:
En el dispositivo de energía geotérmica (por ejemplo, en la planta de energía) del ciclo convectivo obligatorio, el intercambio de calor se produce dentro del pozo geotérmico, en la profundidad del suelo (ver Fig. 1) en lugar de la superficie del suelo. Para este propósito, es posible utilizar tanto pozos de sondeo hidrotermales (agua caliente) existentes (1), como pozos petro térmicos (llamados secos, vacíos, por ejemplo, de petróleo o gas natural).
En el pozo geotérmico (petrotérmico o hidrotermal), que está sellado en el lugar donde llega a la superficie del suelo (13), dos tuberías descienden de la superficie del suelo (2): hacia abajo (4) y hacia arriba (3). En la profundidad del pozo estas dos tuberías están conectadas entre sí con el intercambiador de calor (6) de manera que el agente térmico móvil pase por medio de la bomba (5) en la tubería descendente; pasando el intercambiador de calor, se transfiere al tubo ascendente. Hay varias válvulas mecánicas de retención (12) instaladas en toda la longitud del tubo descendente, que conducen el agente térmico (en estado líquido) solo en una dirección. El intercambiador de calor, las tuberías descendente y ascendente deben estar hechas de material resistente al calor y la presión. El agente térmico móvil (fluido de trabajo) es análogo al fluido de trabajo utilizado en las plantas de energía geotérmica de ciclo binario. La infraestructura descrita anteriormente es una parte subterránea de la invención. Para aumentar la estimulación de una transición de fase del agente térmico binario, así como la eficiencia del sistema, en la infraestructura aérea, el tubo ascendente se une a la turbina, con el llamado "acelerador impulsivo" (Fig. 2) que consiste en una válvula controlada (por ejemplo, electromagnética) (10) y una boquilla de Laval (11). La válvula controlada funciona ("pulsa", se abre y se cierra) con cierta frecuencia. La válvula debe "pulsar" en una duración/frecuencia que asegure un aumento resonante de la energía cinética del gas de la boquilla (vapor de agente térmico). Se sabe que la energía cinética es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad E = 0.5mv2. En consecuencia, un aumento resonante de la velocidad del agente térmico dará como resultado un aumento resonante de la energía cinética, que, a su vez, da un fuerte aumento en la eficiencia de la planta de energía. En cuanto a la frecuencia de resonancia en sí, está determinada por la frecuencia de la vibración de gas (agente térmico, fluido de trabajo binario) que sale de la boquilla que a su vez depende de muchos factores, que incluyen: geometría de una boquilla y válvula, fluido de trabajo seleccionado, diferencia entre la presión (en la tubería ascendente y la celda de la turbina), la temperatura del fluido de trabajo en la tubería ascendente, las características de la fuente geotérmica, etc.
El hecho de que la salida de gas atomizado de la válvula tiene una cierta frecuencia de vibración y es posible calcular teóricamente esta frecuencia, se demuestra en las siguientes fuentes:
http://www.transformacni-technologie.cz/en_40.html,
http: //www.neftemagnat.ru/enc/
La válvula controlada bloqueada (10), la bomba (5) y la(s) válvula(s) mecánica(s) de retención del tubo descendente permiten la creación de tal presión que el agente térmico permanece fluido a pesar de un exceso significativo de temperatura de ebullición en el intercambiador de calor (6) y el tubo ascendente (3). En consecuencia, la apertura de la válvula controlada (10), debido a la diferencia de presión entre el tubo ascendente y la celda de la turbina (donde hay presión atmosférica) determina la transición de fase del agente térmico (imitación de "microexplosión") creando una onda de choque. El incremento resonante de la energía cinética de la onda de choque como se describió anteriormente.
La infraestructura aérea, a excepción de la cámara del intercambiador de calor, el "acelerador impulsivo" y las estructuras que la acompañan, es similar a la infraestructura existente de las plantas de energía geotérmica de ciclo binario. En consecuencia, en la superficie del suelo (2) se representa una bomba (5), para bombear el agente térmico al tubo descendente (4), una turbina (7) -unida con el "acelerador de impulsos" (Fig. 2 ) en el tubo ascendente, un condensador necesario (9)- para enfriar el agente de calor de la turbina (para transferirlo a la condición de fluido) y un generador (8) -para la generación de energía.
Transferir el proceso de intercambio de calor bajo tierra y agregar el acelerador de impulsos a la celda de la turbina brinda las siguientes ventajas:
1) se implementa un acceso directo a una fuente de energía no limitada, que permite a la planta de energía aumentar su capacidad al aumentar el volumen del agente térmico;
2) es posible un arreglo de plantas de energía en los pozos petrolíferos térmicos incluso en los lugares donde no hay recursos naturales hidrotermales;
3) no es necesario realizar perforaciones adicionales (la parte más cara de la planta de energía geotérmica) para bombear agua hacia los horizontes subterráneos y, por lo tanto, se elimina la necesidad de que las cargas bombeen el agua usada al suelo;
4) los recursos hidrotermales ya no se pierden;
5) El hidrógeno sulfurado ya no se atomiza en la atmósfera y no es necesario organizar la infraestructura para utilizar minerales y gases tóxicos e inflamables;
6) Al economizar la infraestructura aérea, se ahorran los recursos de tierra necesarios para la planta de energía; 7) La eficiencia de las centrales geotérmicas aumenta.
La invención eliminará algunos de los factores que impiden el uso generalizado de la energía geotérmica. En consecuencia, se introducirá ampliamente una generación eléctrica y térmica geotérmica ecológica renovable, no limitada, las 24 horas, con los consiguientes beneficios económicos, ecológicos y sociales.
La invención contribuirá a un aumento significativo en la generación de energías eléctricas y térmicas económicas renovables, ininterrumpidas, las 24 horas, "verdes". Aumentar la asequibilidad de un producto correspondiente (electricidad y calor) para una amplia gama de población, así como para la organización de invernaderos y granjas de refrigeración rentables donde es costoso hacerlo.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo de energía geotérmica que comprende tuberías descendente (4) y ascendente (3) colocadas en un pozo (1), cerrado unilateralmente (13) solo desde la superficie del suelo (2), que se llenan con un agente térmico fluido y se conectan entre sí con un intercambiador de calor (6) en la profundidad del pozo (1), en este, el tubo descendente (4) está equipado con al menos una, o varias válvulas (12) de retención mecánica secuencial, y en el tubo descendente (4) en la superficie del suelo (2) también hay instalada una bomba (5) de empuje descendente para el agente térmico y su condensado de vapor, y el extremo del tubo ascendente (3) en la superficie del suelo (2) está conectado con una turbina (7) de vapor, que a su vez, está conectada a dicha bomba (5) por medio de una tubería y un condensador (9) de vapor para la condensación y el suministro a la bomba (5) de vapor de escape que pasa a través de la turbina (7), caracterizado porque la terminación del tubo ascendente (3) está conectada con la turbina (7) por medio de un acelerador de impulsos que consiste en una válvula controlada (10) provista para convertir el agente térmico de fase líquida a gaseosa, un dispositivo de control que maneja la duración de bloqueo-desbloqueo de la válvula (10) y frecuencia para oscilar el vapor del agente térmico a una frecuencia resonante, y una boquilla (11) dirigida por turbina (7) que acelera el vapor del agente térmico que se rocía a través de la válvula (10).
2. El dispositivo de energía geotérmica de la Reivindicación 1, caracterizado porque dicha boquilla (11) se realiza como una "boquilla de Laval".
3. El dispositivo de energía geotérmica de la Reivindicación 1, caracterizado porque la válvula (10) aceleradora de impulsos en el extremo del tubo ascendente (3), se realiza en forma de válvula controlable electromagnética o electromecánica.
4. El dispositivo de energía geotérmica de la Reivindicación 1, caracterizado porque la turbina (7) en el extremo de la tubería ascendente (3) está diseñada como una turbina de vapor de tipo condensación.
5. El dispositivo de energía geotérmica de la Reivindicación 1, caracterizado porque una sustancia con una baja temperatura de evaporación es utilizada como agente térmico, por ejemplo, isobutano, o una mezcla de isobutano e isopentano.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11280322B1 (en) 2021-04-02 2022-03-22 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems for generating geothermal power in an organic Rankine cycle operation during hydrocarbon production based on wellhead fluid temperature
US11480074B1 (en) 2021-04-02 2022-10-25 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods utilizing gas temperature as a power source
US11326550B1 (en) 2021-04-02 2022-05-10 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
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
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
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
US11592009B2 (en) 2021-04-02 2023-02-28 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US11644015B2 (en) 2021-04-02 2023-05-09 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
CA3241003A1 (en) * 2021-12-13 2023-06-22 Scinet Company Ltd. Coaxial circulation-type power generation device and coaxial circulation-type power generatation method
WO2024079806A1 (ja) * 2022-10-11 2024-04-18 株式会社サイネットカンパニー 発電装置及び発電方法

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB318486A (en) * 1928-09-03 1930-06-19 Bbc Brown Boveri & Cie Improvements in and relating to governors for turbines and compressors
US3470943A (en) 1967-04-21 1969-10-07 Allen T Van Huisen Geothermal exchange system
GB1255154A (en) * 1968-10-01 1971-12-01 British Internal Combust Eng Improvements in and relating to turbines driven by a pulsating flow of gases
US3999787A (en) * 1972-04-17 1976-12-28 Fast Load Control Inc. Method of effecting fast turbine valving for improvement of power system stability
US3857244A (en) * 1973-11-02 1974-12-31 R Faucette Energy recovery and conversion system
US3975912A (en) 1974-11-25 1976-08-24 Clarence Kirk Greene Geothermal dual energy transfer method and apparatus
US4043129A (en) * 1976-05-05 1977-08-23 Magma Energy, Inc. High temperature geothermal energy system
US4358930A (en) * 1980-06-23 1982-11-16 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method of optimizing performance of Rankine cycle power plants
US4551979A (en) * 1981-05-11 1985-11-12 Soma Kurtis Method and apparatus for a thermodynamic cycle by use of distillation
JPS63173806A (ja) * 1987-01-12 1988-07-18 Fuji Electric Co Ltd ト−タルフロ−タ−ビンの出力制御方法
JPS6434402U (es) * 1987-08-25 1989-03-02
AT501418B1 (de) * 2005-03-11 2008-08-15 Delunamagma Ind Gmbh Injektor-geladene gasturbine mit atmosphärischer feststofffeuerung und rekuperativer abwärmenutzung
DE102007003801A1 (de) * 2007-01-25 2008-07-31 Compact Dynamics Gmbh Vorrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie aus der Abgaswärme einer Verbrennungsmaschine eines Kraftfahrzeuges, und Verfahren zur Gewinnung elektrischer Energie aus der Abgaswärme einer Verbrennungsmaschine eines Kraftfahrzeuges
RU2008114536A (ru) 2007-04-11 2009-10-20 Николай Петрович Касаткин (BY) Способ получения механической энергии от теплоты земных недр
SE531238C2 (sv) * 2007-07-23 2009-01-27 Bengt H Nilsson Med Ultirec Fa Förfarande och arrangemang för energiomvandling av värme
US8708046B2 (en) * 2007-11-16 2014-04-29 Conocophillips Company Closed loop energy production from geothermal reservoirs
RU2008111435A (ru) 2008-03-27 2009-10-10 ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "БРАВО Технолоджиз" (RU) Способ тепломассообмена
US20090277152A1 (en) * 2008-05-07 2009-11-12 Ronald Steven Sutherland Quasi-isobaric heat engine
FI20085775A0 (fi) 2008-08-15 2008-08-15 Are Oy Maalämpöjärjestelmä ja menetelmä
RU84922U1 (ru) 2009-03-24 2009-07-20 Учреждение Российской Академии Наук Объединенный Институт Высоких Температур Ран (Оивт Ран) Геотермальная энергоустановка
DK177209B1 (en) * 2010-08-31 2012-07-02 Yellow Shark Holding Aps A power Generation System
JP2014500420A (ja) * 2010-12-10 2014-01-09 グローバル カーボン ソリューションズ インコーポレイテッド パッシブ熱抽出および発電
IT1404127B1 (it) 2011-02-25 2013-11-15 Bonfiglio Sistema per estrarre calore da rocce calde ed impianto geotermico
RU2011121001A (ru) 2011-05-25 2012-11-27 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ Устройство преобразования геотермальной энергии земли в электрическую энергию
US9074794B2 (en) * 2011-06-12 2015-07-07 Blade Energy Partners Ltd. Systems and methods for co-production of geothermal energy and fluids
JP5751987B2 (ja) * 2011-08-25 2015-07-22 富士電機株式会社 スケール抑制方法及び地熱発電装置
DE202013101546U1 (de) * 2013-04-11 2013-05-15 Ming Lu Eine auf einem Wärmerohr basierende Erdwärmestromerzeugungsanlage
CN103422919B (zh) * 2013-07-19 2015-03-11 高椿明 一种喷水注入式脉冲蒸汽发电系统及方法
WO2015132404A1 (en) 2014-03-07 2015-09-11 Vito Geothermal plant using hot dry rock fissured zone
US20150330670A1 (en) * 2014-05-16 2015-11-19 Richard L. Wynn, Jr. System and method for utilizing oil and gas wells for geothermal power generation
JP5791836B1 (ja) * 2015-02-16 2015-10-07 俊一 田原 沸騰水型地熱交換器および沸騰水型地熱発電装置
GB201518833D0 (en) * 2015-10-23 2015-12-09 Univ Newcastle Free piston engine power plant
RU2621440C1 (ru) 2015-12-15 2017-06-06 Левон Мурадович Мурадян Устройство для превращения геотермальной энергии в электрическую энергию
GB2561837A (en) * 2017-04-24 2018-10-31 Hieta Tech Limited Turbine rotor, turbine, apparatus and method

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