FI78176C - FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER UTNYTTJANDE AV VAERMEENERGI SOM FRIGOERS I KYLPROCESS. - Google Patents

FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER UTNYTTJANDE AV VAERMEENERGI SOM FRIGOERS I KYLPROCESS. Download PDF

Info

Publication number
FI78176C
FI78176C FI870330A FI870330A FI78176C FI 78176 C FI78176 C FI 78176C FI 870330 A FI870330 A FI 870330A FI 870330 A FI870330 A FI 870330A FI 78176 C FI78176 C FI 78176C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
air
turbine
cooled
temperature
pressure
Prior art date
Application number
FI870330A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI78176B (en
FI870330A0 (en
FI870330A (en
Inventor
Pentti Kurikka
Original Assignee
Imatran Voima Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FI860430A external-priority patent/FI860430A0/en
Application filed by Imatran Voima Oy filed Critical Imatran Voima Oy
Priority to FI870330A priority Critical patent/FI78176C/en
Publication of FI870330A0 publication Critical patent/FI870330A0/en
Publication of FI870330A publication Critical patent/FI870330A/en
Publication of FI78176B publication Critical patent/FI78176B/en
Application granted granted Critical
Publication of FI78176C publication Critical patent/FI78176C/en

Links

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

7817678176

Menetelmä ja laitteisto jäähdytysprosessissa vapautuvan lämpöenergian hyödyntämiseksi Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä jäähdytysprosessissa vapautuvan lämpöenergian hyödyntämiseksi.The present invention relates to a method for utilizing the thermal energy released in the cooling process according to the preamble of claim 1.

Keksinnön kohteena on myös laitteisto menetelmän toteuttamiseksi.The invention also relates to an apparatus for carrying out the method.

Ammoniakkia tai freonia väliaineena käyttävät kylmäkonepro-sessit ovat yleisesti käytössä kaikkialla, missä tarvitaan koneellista jäähdytystä. Yhdistettyjä jäähdytys- ja lämmi-tysprosesseja, jotka toimivat suuria lämpötilaeroja käsittävissä olosuhteissa, ei käytännössä esiinny ko. kylmäproses-seihin liittyvien teknisten rajoitusten vuoksi.Refrigeration processes using ammonia or freon as a medium are commonly used wherever mechanical cooling is required. Combined cooling and heating processes operating in conditions with large temperature differences are practically non-existent. due to technical limitations related to cold processes.

DE-patenttijulkaisussa 914,734 on kuvattu laitteisto, jossa paineilmaa jäähdytetään paisuntaturbiineilla. Laitteistossa turbokompressorilla paineistettu ilma jäähdytetään jäähdyt-timellä ja johdetaan etuturbiinilla varustettuun lauhdutus-turbiiniin. Turbiinien välissä on jäähdytin. Jälkimmäisten turbiinien hukkalämpöä käytetään pääkoneiden lisätehona. Käytetty lämpötila-alue on sellainen, jossa jäätyminen ei ole mahdollista.DE patent publication 914,734 describes an apparatus in which compressed air is cooled by expansion turbines. In the equipment, the air compressed by the turbocharger is cooled by a condenser and led to a condensing turbine equipped with a front turbine. There is a radiator between the turbines. The waste heat from the latter turbines is used as additional power for the main engines. The temperature range used is one in which freezing is not possible.

DE-kuulutusjulkaisussa 1,237,594 on kuvattu jäähdytyslait-teisto, jossa jäähdytettävän tilan poistoputki, joka kulkee sen jäähdytysturbiinin kautta, jossa. turbiinissa poistuva ilma paisutetaan, on kytketty lämmönvaihtimen ensiöosaan, joka puolestaan on kytketty kompressoriin, joka korvaa jäähdy tys turbiinin, lämmönvaihtimen primääriosan ja putkien, painehäviöitä. Laitteistossa jäähdytettävän tilan tuloputki on johdettu kompressorin läpi lämmönvaihtimen toisio-osaan, jossa se jäähtyy jäähdytettävää tilaa alempaan lämpötilaan. Käytetty lämpötila-alue on 10...42aC ja lisäksi prosessin painesuhde on hyvin pieni.DE-A-1,237,594 describes a refrigeration apparatus in which an outlet pipe for a space to be cooled passes through a cooling turbine in which. the exhaust air in the turbine is expanded, is connected to the primary part of the heat exchanger, which in turn is connected to the compressor, which compensates for the pressure losses of the cooling turbine, the primary part of the heat exchanger and the pipes. In the apparatus, the inlet pipe of the space to be cooled is led through the compressor to the secondary part of the heat exchanger, where it cools to a temperature lower than the space to be cooled. The temperature range used is 10 ... 42aC and in addition the process pressure ratio is very small.

2 78176 SE-kuulutusjulkaisussa 3X0 501 on kuvattu jäähdytysmenetel-mä, jossa osa jäähdytetystä ja kokoonpuristetusta kaasusta johdetaan työpiiriin, jossa on toinen puristuskompressori, toinen jäähdytysgeneraattori, toinen jäähdytysturbiini ja toinen jäähdytyskuorma, joka voi olla järjestetty toiseen paikkaan ensimmäiseen jäähdytyskuormaan nähden ja jolla voi olla toinen jäähdytysvaikutus. Kyseessä on siis suljettu helium-kaasuprosessi vailla minkäänlaisia jäätymisongelmia.2 78176 SE 3X0 501 describes a cooling method in which part of the cooled and compressed gas is led to a working circuit having a second compression compressor, a second cooling generator, a second cooling turbine and a second cooling load, which may be arranged in a second position relative to the first cooling load. the cooling effect. It is thus a closed helium gas process without any freezing problems.

Perinteiset kylmäprosessit käyttävät väliaineita, jotka omineisuuksiensa vuoksi ovat yleensä ympäristölleen myrkyllisiä ja käyttökelpoisia vain sangen rajoitetulla lämpötila-alueella.Traditional refrigeration processes use media that, due to their properties, are generally toxic to the environment and can only be used in a fairly limited temperature range.

Mikäli jäähdytysenergia halutaan käyttää hyödyksi esim. kuuman käyttöveden valmistukseen, joudutaan perinteisten kylmä-koneiden perään kytkemään normaali lämpöpumppu tarvittavan lämpötilan (yli 60° C) saavuttamiseksi. Tällainen järjestely monimutkaistaa systeemiä ja heikentää ominaisenergiankulu-tusta.If cooling energy is to be used, for example, for the production of domestic hot water, a normal heat pump must be connected after conventional refrigeration machines to achieve the required temperature (above 60 ° C). Such an arrangement complicates the system and reduces the specific energy consumption.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä kuvatussa tekniikassa esiintyvät haitat ja saada aikaan aivan uudentyyppinen menetelmä jäähdytysprosessissa vapautuvan lämpöenergian hyödyntämiseksi.The object of the present invention is to obviate the disadvantages of the technique described above and to provide a completely new type of method for utilizing the thermal energy released in the cooling process.

Menetelmä perustuu jo tunnetun nk. BRAYTON-prosessin hyväksikäyttöön, jolle on ominaista se, että siinä väliaineena käytetään tavallista ilmaa. Sen etuna on myrkyttömyys perinteisiin väliaineisiin verrattuna.The method is based on the use of the already known so-called BRAYTON process, which is characterized in that ordinary air is used as the medium. It has the advantage of non-toxicity compared to traditional media.

Ehdotetussa prosessissa pakastukseen tarvittava lämpötilata-so saadaan aikaan antamalla noin 10°C:n lämpötilassa olevan korkeapaineisen ilman paisua turbiinissa normaalipaineeseen. Painesuhteella 3 saavutetaan aina ilman kosteuden mukaan jopa alle -50eC:n lämpötila. Tarvittava korkeapaineinen ilma tehdään jäähdyttämättömällä turbokompressorilla. Näin paine 3 78176 ilma kuumenee aina tulolämpötilan mukaan jopa 200*C:een. Lämmönvaihtimien avulla ilma jäähdytetään turbiinin edellyttämään tulolämpötilaan, jolloin prosessista saadaan ulos mm. lämmitystarkoituksiin sopivaa kuumaa vettä. Kompressorin tarvitsemasta tehosta osa saadaan samalle akselille kytketystä turbiinista ja loput sähkö- tms. moottorista. Koko-naislämpökerroin tässä yhdistetyssä jäähdytys- ja lämmitys -prosessissa on. luokkaa 3.In the proposed process, the temperature level required for freezing is achieved by allowing high pressure air at a temperature of about 10 ° C to expand in the turbine to normal pressure. With a pressure ratio of 3, a temperature of less than -50 ° C is always reached, depending on the air humidity. The required high-pressure air is made by an uncooled turbocharger. In this way, the pressure 3 78176 always heats up to 200 * C according to the inlet temperature. With the help of heat exchangers, the air is cooled to the inlet temperature required by the turbine, whereby e.g. hot water suitable for heating purposes. Part of the power required by the compressor is obtained from a turbine connected to the same shaft and the rest from an electric or similar motor. The total heat coefficient in this combined cooling and heating process is. class 3.

Prosessin toimivuuden kannalta oleellinen tunnusmerkki on se, että turbiinin tulolämpötilan säädöllä estetään ilman kosteudesta mahdollisesti aiheutuvat jäätymis- ja kiinni-leikkautumisongelmat turbiinin siivistössä.An essential feature of the process is that the control of the turbine inlet temperature prevents any freezing and shrinkage problems in the turbine impeller due to air humidity.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.More specifically, the method according to the invention is characterized by what is set forth in the characterizing part of claim 1.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on puolestaan ominaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosassa.The device according to the invention, in turn, is characterized by what is set forth in the characterizing part of claim 5.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Niinpä keksinnön avulla voidaan poikkeuksellisen tehokkaasti tuottaa jäähdytysenergiaa pakastus- yms. tarkoituksiin. Jäähdytys-kohteesta poistuva työaine saavuttaa ehdotetulla menetelmällä sellaisen lämpötilatason, että se voidaan käyttää hyväksi lämmitykseen, kuuman käyttöveden valmistukseen tms.The invention provides considerable advantages. Thus, by means of the invention, cooling energy can be produced exceptionally efficiently for the purposes of freezing and the like. With the proposed method, the working fluid leaving the cooling object reaches a temperature level that can be used for heating, hot water production, etc.

Tämän BRAYTON-prosessiin perustuvan menetelmän tärkeimpinä etuina voidaan pitää laitteiston yksinkertaisuutta, käytetyn väliaineen myrkyttömyyttä, saavutettavissa olevaa suurta lämpötilojen vaihtelu-aluetta ja kohtuullisen hyvää koko-naislämpökerrointa.The main advantages of this method based on the BRAYTON process can be considered the simplicity of the equipment, the non-toxicity of the medium used, the large temperature range that can be achieved and a reasonably good total heat factor.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisen piirustusten mukaisten suoritusesimerkkien avulla.The invention will now be examined in more detail by means of exemplary embodiments according to the accompanying drawings.

1 781761 78176

Kuvio 1 esittää osittain kaaviollisena keksinnön mukaista prosessia.Figure 1 shows in part schematic the process according to the invention.

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaiseen prosessiin soveltuvan ilmaturbiinin sekä siihen liittyvän, turbiiniin virtaavan märän tai kostean ilman lämpötilan säätölaitteiston rakennetta.Figure 2 shows the structure of an air turbine suitable for the process according to the invention and the associated temperature or humid air temperature control equipment flowing into the turbine.

Kuvio 3 esittää turbiinin siivistön poikkileikkausta sekä diagrammia, joka kuvaa virtaavan ilman todellista lämpötilaa sekä turbiinin seinämälämpötilaa staattorissa ja roottorissa .Figure 3 shows a cross-section of the turbine impeller as well as a diagram illustrating the actual temperature of the flowing air and the wall temperature of the turbine in the stator and rotor.

Kuvion 1 mukaisesti laitteisto koostuu kaavion mukaisesta moottorin pyörittämästä turbokompressorikoneikosta, kompressorin ja turbiinin väliin sijoitetuista lämmönsiirtimistä, jäähdytysprosessiin kuuluvasta kylmäkammiosta tai -tunnelista sekä lämpötilojen säätöön tarvittavista laitteista.According to Figure 1, the apparatus consists of an engine-driven turbocharger engine according to the diagram, heat exchangers located between the compressor and the turbine, a cold chamber or tunnel included in the cooling process, and equipment for temperature control.

Tässä esimerkkitapauksessa prosessin tuloilman lämpötila on noin 30eC. Turbokompressorissa 2 puristuessaan 82%:n hyötysuhteella paineeseen 3 bar se saavuttaa lämpötilan 170eC kompressorin jälkeisessä kohdassa 3. Lämmittämällä raakavettä 5eC:sta 60eC:een lämmönsiirtimessä 4 ilma jäähtyy 40“C:een kohdassa 5. Ilmavirtauksella 5 kg/s vesivirtaus on noin 2,8 kg/s. Ilma jäähdytetään lämmönsiirtimessä 6 esimerkiksi kylmäkammion 10 poistoilmalla paisuntaprosessin jääty-misongelmien eliminoimiseksi 10°Creen kohdassa 7. Paisues-saan turbiinissa 8 takaisin normaalipaineeseen ilma jäähtyy -55eC:een kohdassa 9, minkä jälkeen se ohjataan kylmäkammi-oon tai -tunneliin 10. Sieltä poistuvaa -10eC:n lämpöistä ilmaa käytetään säätöpellin 11 avulla em. turbiinin tuloilman jäähdytykseen tai vaihtoehtoisesti johonkin muuhun jääh-dytyskohteeseen esim. ilmastoinnissa.In this example case, the process supply air temperature is about 30eC. In the turbocharger 2, when compressed with an efficiency of 82% to a pressure of 3 bar, it reaches a temperature of 170eC in the post-compressor section 3. By heating the raw water from 5eC to 60eC in the heat exchanger 4, the air cools to 40 ° C at a flow rate of 5 kg / s. 8 kg / s. The air is cooled in the heat exchanger 6, for example by the exhaust air of the cold chamber 10, to eliminate freezing problems in the expansion process at 10 ° C 7. In the expansion turbine 8 back to normal pressure, the air cools to -55 ° C at 9, then directed to the cold chamber Air with a temperature of 10eC is used by means of a control damper 11 to cool the supply air of the above-mentioned turbine or alternatively to some other cooling object, e.g. in air conditioning.

Kompressorin 2 tarvitsema teho esimerkkitapauksessa on 710 kW, josta turbiini tuottaa 325 kW. Tarvittava lisäteho 5 78176 saadaan sähkömoottorista M, jonka erilaisten häviöiden kompensoimiseksi tulee olla teholtaan noin 410 kW. Prosessista ulos saatava lämpöteho on esimerkkitapauksessa 650 kW ja jäähdytysteho kylmäprosessissa 230 kW. Lisähyötyä on saatavissa vielä kylmäprosessin poistoilmasta ja ilman kosteudesta muodostuneesta jäästä. Minimilämpökerroin esimerkkitapauksessa on noin 2,15. Prosessin tehokkuutta voidaan oleellisesti parantaa, mikäli sopiva jätelämpölähde on tarjolla tuloilman 1 lämpötilan kohottamiseksi.The power required by the compressor 2 in the example case is 710 kW, of which the turbine produces 325 kW. The required additional power 5 78176 is obtained from the electric motor M, which must have a power of about 410 kW to compensate for various losses. The heat output from the process in the example case is 650 kW and the cooling output in the cold process is 230 kW. An additional benefit is available from the cold process exhaust air and the ice formed by the air humidity. The minimum heat factor in the example case is about 2.15. The efficiency of the process can be substantially improved if a suitable waste heat source is available to raise the temperature of the supply air 1.

Kuvion 2 mukainen keksintöön soveltuva ilmaturbiini koostuu itse turbiinista sekä laitteesta, jolla sisään virtaavan märän tai kostean ilman lämpötilaa säädetään. Kuviossa 2 on esitetty järjestely, jolla säätöjärjestelmä voidaan periaatteessa rakentaa. Tulevan ilman säätöjärjestelmä 19 on jaettu kolmeen virtauskanavaan, joista ensimmäinen (I) on varustettu lämmittävällä lämmönvaihtimena 20, toinen (II) jäähdyttävällä lämmönvaihtimella 21 ja kolmas (III) on suora läpi-virtauskanava ilman lämmönvaihdinta. Tulevan ilman lämpötilaa säädetään ohjaamalla ilmavirtaus osittain tai kokonaan jommankumman lämmönvaihtimella 20, 21 varustetun virtauska-navan I, II kautta säätämällä ohjausläppiä joko pneumaattisilla, hydraulisilla tai sähköisillä käyttölaitteilla 24, 25.The air turbine suitable for the invention according to Figure 2 consists of the turbine itself and a device for controlling the temperature of the incoming wet or moist air. Figure 2 shows an arrangement with which the control system can in principle be constructed. The incoming air control system 19 is divided into three flow channels, the first (I) being provided with a heating heat exchanger 20, the second (II) with a cooling heat exchanger 21 and the third (III) being a direct through-flow channel without a heat exchanger. The temperature of the incoming air is controlled by controlling the air flow partially or completely through one of the flow ducts I, II provided with the heat exchanger 20, 21 by adjusting the control flaps by either pneumatic, hydraulic or electric actuators 24, 25.

Kuviossa 2 on esitetty ilmaturbiinin rakenne. Ilmaturbiiniin virtaava ilma johdetaan lämpötilan säätöyksikköön 19, jossa ilmavirta voi kulkea kolmen kanavan I, II, III kautta. Ilmavirran lämpötilaa mitataan säätöyksikön 19 jälkeen turbiinille johtavassa kanavassa 13. Jos ilman lämpötila kanavassa 13 on halutun arvon alapuolella, avataan käyttölaitteen 24 avulla ohjausläppä 22, jolloin osa tulevasta ilmavirrasta kulkee ilmavirtaa lämmittävän lämmönvaihtimen 20 kautta ja näin tuleva ilma lämpenee. Jos ilman lämpötila kanavassa 13 on halutun arvon yläpuolella, avataan käyttölaitteen 25 avulla ohjausläppää 23, jolloin osa tulevasta ilmavirrasta kulkee ilmavirtaa jäähdyttävän lämmönvaihtimen 21 kautta ja 6 78176 näin tuleva ilma jäähtyy. Tulevan ilman lämpötilansäätö tapahtuu tunnetulla tekniikalla.Figure 2 shows the structure of an air turbine. The air flowing into the air turbine is led to a temperature control unit 19, where the air flow can pass through three ducts I, II, III. The air flow temperature is measured after the control unit 19 in the duct 13 leading to the turbine. If the air temperature in the duct 13 is below the desired value, the control flap 22 is opened by the actuator 24, passing part of the incoming air flow through the air flow heat exchanger 20. If the air temperature in the duct 13 is above the desired value, the control flap 23 is opened by means of the actuator 25, whereby part of the incoming air flow passes through the air flow cooling heat exchanger 21 and the incoming air is cooled. The temperature of the incoming air is controlled by known technology.

Ilmaturbiini voi olla rakenteellisesti joko aksiaaliturbii-ni# radiaaliturbiini tai näiden välimuoto. Toimintaperiaatteeltaan turbiini voi olla aktioturbiinl tai reaktioturbiini tai kohtuullisella reaktioasteella (r = 0,05...0,45) toimiva turbiini. Kuviossa 2 ja 3 esimerkkinä esitetty turbiini on aksiaalinen, kohtuullisella reaktioasteella toimiva turbiini.The air turbine can be structurally either an axial turbine # radial turbine or an intermediate form thereof. The operating principle of the turbine can be an action turbine or a reaction turbine or a turbine operating at a reasonable reaction rate (r = 0.05 ... 0.45). The turbine exemplified in Figures 2 and 3 is an axial turbine operating at a reasonable degree of reaction.

Ilmaturbiini koostuu staattorista 26, jonka johtopyörään 27 liittyvät johtosiivet 14. Turbiinin toinen osa on roottori 28, jonka juoksupyörään 29 puolestaan liittyvät juoksusiivet 15. Johtosiipien 14 väliin muodostuvat johtosolat 16 ovat voimakkaasti kaarevat, jotta niiden läpi virtaavassa ilmavirrassa olevat melko suuret alijäähtyneet vesipisarat eroavat ilmavirrasta ja hajoavat iskiessään johtosiipiin 14 ja jähmettyvät osittain tai jäätyvät tai muodostavat märkää lunta. Jään tai märän lumen tarttuminen johtosiipiin 14 on estetty siten, että siipien seinämälämpötila on veden jäätymispisteen yläpuolella, jolloin lumi tai jää ei tartu lämpimään ja märkään seinämään vaan liukuu seinämän pintaa pitkin ja puhaltuu pois ilmavirran mukana.The air turbine consists of a stator 26 with guide vanes 14 associated with the guide wheel 27. The other part of the turbine is a rotor 28 with running vanes 15 connected to the impeller 29. The guide grooves 16 formed between the guide vanes 14 are strongly curved to separate the rather large subcooled water droplets and airflow. disintegrate upon impact on the guide vanes 14 and partially solidify or freeze or form wet snow. Adhesion of ice or wet snow to the guide vanes 14 is prevented so that the wall temperature of the vanes is above the freezing point of the water, whereby snow or ice does not stick to the warm and wet wall but slides along the wall surface and blows away with the air flow.

Johtopyörän 27 ja juoksupyörän 29 välissä on suhteellisen suuri välitila 12, jotta ilmavirran kulkema matka johtopyö-rältä 27 juoksupyörälle 29 olisi riittävän pitkä. Tämä on ilmaturbiinin toiminnan kannalta tärkeää, koska vaikka ilmavirran lämpötila on laskenut huomattavasti veden jäätymispisteen alapuolelle ilmavirran kuljettua johtosolien 16 läpi, on muodostuneella märällä lumella ja alijäähtyneillä vesipisaroilla oltava riittävästi aikaa jäätyä ennen joutumistaan juoksupyörälle 29. Koska välitilassa tapahtuva jäätyminen johtaa kuivien lumihiutaleiden tai kuivien jäähiukkasten syntymiseen, nämä eivät tartu juoksupyörän 29 seinämiin, vaikka vallitseva seinämälämpötila on alle veden jäätymis 7 78176 pisteen, sillä kuivat jäähiukkaset eivät tartu kylmään sei-nämäpintaan.There is a relatively large gap 12 between the guide wheel 27 and the impeller 29 so that the distance of the air flow from the guide wheel 27 to the impeller 29 is sufficiently long. This is important for the operation of the air turbine because although the airflow temperature has dropped significantly below the freezing point of the water after passing through the guide soles 16, the wet snow and subcooled water droplets must have enough time to freeze , these do not adhere to the walls of the impeller 29, even if the prevailing wall temperature is below the water freezing point of 7 78176, since the dry ice particles do not adhere to the cold wall surface.

Välitila 12 on muotoiltu siten, että kaksi renkaanmuotoista pyörrettä (torus) 18 muodostuu johtopyörän 27 ja juoksupyö-rän 29 välissä ilmavirtaan ehkäisemään jään muodostumista ja kiinnittymistä turbiinin seinämiin.The intermediate space 12 is shaped so that two annular vortices (torus) 18 are formed between the guide wheel 27 and the impeller 29 in the air stream to prevent ice formation and adhesion to the turbine walls.

Kuviossa 3 on esitetty virtaavan ilman todellinen lämpötila sekä turbiinin seinämälämpötilat staattorissa 26 ja roottorissa 28 johto- ja siipipyörän leikkausakselilla. Kuviota tarkasteltaessa käy selville keksinnön toiminnallinen ajatus, jossa pyrkimyksenä on konstruoida ilmaturbiini, jossa on estetty jäänmuodostuminen vaarallisella lämpötila-alueella -10...0eC sekä alijäähtyneiden vesipisaroiden kosketus turbiinin niihin seinämiin, joiden lämpötila on alle 0eC.Figure 3 shows the actual temperature of the flowing air as well as the turbine wall temperatures in the stator 26 and the rotor 28 on the cutting axis of the guide and impeller. Examining the figure, the functional idea of the invention becomes clear, in which the aim is to construct an air turbine in which ice formation is prevented in the dangerous temperature range -10 ... 0eC and contact of subcooled water droplets with those walls of the turbine below 0eC.

Tulevan kostean ilman lämpötilaa, jota kuviossa 3 on esitetty viivalla To, säädetään säätöyksiköllä 19 siten, että se on halutussa arvossaan veden jäätymispisteen yläpuolella. Turbiinin paisuntaolosuhteet ja reaktioaste on valittu siten, että turbiinin seinämälämpötila Ts staattorin kaikissa niissä osissa, jotka ovat kosketuksissa ilmavirran kanssa, on selvästi, mutta vain hieman, jäätymiselle vaarallisen lämpötila-alueen yläpuolella. Tällöin staattorin johtosolis-sa 16 kostean ilmavirran jäähtyessä muodostuva märkä lumi sekä alijäähtyneet vesipisarat eivät tartu staattorin 26 johtosiipiin 14 eikä virtaukselle haitallista tai turbiinin toiminnalle vaarallista jäänmuodostusta näin esiinny.The temperature of the incoming moist air, shown by the line To in Fig. 3, is adjusted by the control unit 19 so that it is at its desired value above the freezing point of the water. The turbine expansion conditions and reaction rate are chosen so that the turbine wall temperature Ts in all those parts of the stator that are in contact with the air flow is clearly, but only slightly, above the temperature range dangerous for freezing. In this case, the wet snow formed in the stator guide cell 16 when the moist air flow cools, as well as the subcooled water droplets, do not adhere to the stator 26 guide vanes 14 and ice formation detrimental to the flow or hazardous to turbine operation does not occur.

Ilman staattinen lämpötila johto- ja juoksupyörien välisessä välitilassa, samoin kuin turbiinin seinämälämpötila Tr roottorin kaikssa osissa, jotka ovat kosketuksissa ilmavirran kanssa, ovat selvästi jäätymiselle vaarallisen alueen alapuolella, jotta muodostuneet kuivat jäähiukkaset eivät osittain sulaisi seinämäpinnoilla ja näin mahdollistaisi jää-hiukkasten tarttumisen seinämille.The static air temperature in the space between the guide and impellers, as well as the turbine wall temperature Tr in all parts of the rotor in contact with the air flow, are well below the freezing point to prevent the formed dry ice particles from partially melting on the wall surfaces and allowing ice particles to adhere to the wall.

β 78176β 78176

Mainittakoon, että välitilan 12 aksiaalinen ulottuvuus on ainakin 30 % ja sopivimmin noin 50 % juoksusiipien 15 aksiaalisesta ulottuvuudesta ja että ilman lämpötila ennen turbiinia kanavassa 13 on alueella 2...10*C ja lämpötila johtoja juoksupyörän välissä 12 on alueella -30...-15eC.It should be noted that the axial dimension of the intermediate space 12 is at least 30% and preferably about 50% of the axial dimension of the impeller 15 and that the air temperature before the turbine in the channel 13 is in the range 2 ... 10 ° C and the temperature between the impellers 12 is in the range -30 ... -15eC.

Staattorin ei tarvitse olla johtosiipityyppinen, vaan se voi olla myös esim. suuttimilla varustettu.The stator does not have to be of the line type, but can also be equipped with nozzles, for example.

Ehdotettu kylmäprosessi soveltuu joko kammiossa tai tunnelissa tapahtuvan suoran pakastuksen lisäksi mm. tekojääradan jäädytykseen, meijereiden jäävesijärjestelmien ammoniakki-piirien lauhduttamiseen ja muihin vastaaviin suljettujen kylmäainekiertojen jäähdytykseen sijoitettaessa kylmäkammion 10 tilalle prosessiin kuuluva jäähdytyspatteri. Sen jälkeinen, vielä kylmä poistoilma voidaan usein hyödyntää ilmastoitujen tilojen tai ilmajäähdytystä tarvitsevien kojeiden ja moottoreiden jäähdytyksessä.In addition to direct freezing in either a chamber or a tunnel, the proposed refrigeration process is suitable for e.g. for freezing the ice rink, condensing ammonia circuits in dairy ice water systems, and cooling the like in closed refrigerant circuits by replacing the cooling chamber 10 with a process cooling coil. Subsequent, still cold exhaust air can often be utilized to cool air-conditioned spaces or appliances and engines that require air cooling.

Kompressorin jälkeinen kuuma ilma voidaan lämmönsiirtimien avulla käyttää koneikon mitoituksen mukaan kaukolämmön tuotantoon, tilojen lämmitykseen yleensä ja/tai kuuman prosessi- yms. veden tekoon.Depending on the dimensions of the machine, the hot air after the compressor can be used for the production of district heat, space heating in general and / or the production of hot process water, etc., by means of heat exchangers.

Kaukolämpösovellutus yhdistettynä esim. tekojääradan jäähdytykseen mahdollistaa kesäajalle tyypillisen pienen lämpö-kuorman aikana edullisen lämmön ja jäähdytyksen yhteistuotannon halpaa kesäsähköä hyväksikäyttäen. Menetelmä saattaisi olla varsin kilpailukykyinen verrattuna pienellä osakuor-malla toimivaan kaukolämpökattilaan.The district heating application, combined with e.g. cooling of an artificial ice rink, enables low-cost heat and cooling during low summer heat load typical of summer time, utilizing cheap summer electricity cogeneration. The method could be quite competitive compared to a low-load district heating boiler.

Uusia sovellutusalueita yhdistetylle jäähdytys- ja lämmi-tysprosessille saattaa löytyä kuumista maista, joissa jäähdytys on usein elinehto (esim. suuret rakennuskompleksit, sairaalat, palatsit yms.) ja lämpöenergiaa tarvitaan teolli-suusprosesseihin.New areas of application for the combined cooling and heating process may be found in hot countries, where cooling is often a vital condition (e.g. large building complexes, hospitals, palaces, etc.) and thermal energy is needed for industrial processes.

Claims (5)

1. Förfarande för utnyttjande av den värmeenergi som fri-görs vid en avkylningsprocess, varvid - fuktig luft, som utnyttjas säsom arbetsmedium, mätäs tili en kompressor (2), - i kompressorn (2) komprlmeras luften tili ett högre tryck, - den tili ett högre tryck komprimerade luften avkyls tili en lägre temperatur, - den avkylda luften leds tili en turhin (8), där den axiala utsträckningen hos ett mellanrum (12) uppgär tili minst 30 % av den axiala utsträckningen av löpskovlarna (15) och mellanrummet (12) är utvid-gat i radiell riktning utöver den radiella utsträck-' ningen av kanalerna (17) mellan löpskovlarna (15) i avsikt att skapa en virvel (18) vid den inre och den kanten av mellanrummet (12) för att förhindra isbildning, varvid luften fär expandera tili lägre tryck och avkylas i nämnda turbin (8), - luftexpansionsarbetet som sker i turbinen (8) an-vänds för att driva kompressorn (2), kännetecknat av att - luften komprlmeras i kompressorn (2) upp tili ett sä högt tryck att dess temperatur överskrider minimi-temperaturen för vattnets kokpunkt vid normalt at-mosfärtryck, 13 781 76 - den komprimerade högtrycksluften avkyls till till-räckligt läg temperatur, t.ex. under 15 *C, i minst en värmeväxlare (4, 6) för att förhindra tillfrys-ning av turbinen (8), - uppvärmt medium frän värmeväxlarens (4, 6) sekun-därkrets utnyttjas som sädant, t.ex. som bruksvatten, och - luft som avkylts under vattnets fryspunkt i turbinen (8) dirigeras som sädant till det föremäl som skall avkylas.A method for utilizing the thermal energy released during a cooling process, wherein: - humid air utilized as a working medium is measured in a compressor (2), - in the compressor (2), the air is compressed to a higher pressure, a higher pressure of compressed air is cooled to a lower temperature, - the cooled air is conducted to a turhin (8), where the axial extension of a gap (12) equals at least 30% of the axial extension of the running blades (15) and the gap ( 12) is extended in a radial direction beyond the radial extension of the channels (17) between the running blades (15) in order to create a vortex (18) at the inner and the edge of the gap (12) to prevent ice formation , whereby the air is allowed to expand to lower pressure and is cooled in said turbine (8), such a high pressure that des s temperature exceeds the minimum temperature of the boiling point of the water at normal atmospheric pressure, 13 781 76 - the compressed high pressure air is cooled to a sufficiently low temperature, e.g. below 15 ° C, in at least one heat exchanger (4, 6) to prevent freezing of the turbine (8), - heated medium from the secondary circuit of the heat exchanger (4, 6) is used as usual, e.g. and - air cooled below the freezing point of the water in the turbine (8) is routed as usual to the object to be cooled. 2. Förfarande enligt patentkrav 1 tillämpat pä en sädan luftturbin (8), i vilken den axiala utsträckningen hos mel-lanrummet (12) uppgär till minst 30 % av den axiala utsträckningen hos löpskovlarna (15) och mellanrummet (12) är utvidgat i radiell riktning utöver den radiella utsträckningen av kanalerna (17) mellan löpskovlarna (15) i avsikt att skapa en virvel (18) vid den inre och den yttre kanten av mellanrummet (12) för att förhindra isbildning, kännetecknad av att luften komprimeras i komp-ressorn (2) upp till ett tryck pä mellan 2,5 och 3,3 bar, företrädesvis till ett tryck pä 3,0 bar.The method of claim 1 applied to such an air turbine (8), in which the axial extension of the intermediate space (12) extends to at least 30% of the axial extension of the running blades (15) and the space (12) is extended radially. direction beyond the radial extension of the ducts (17) between the running blades (15) in order to create a vortex (18) at the inner and outer edges of the gap (12) to prevent ice formation, characterized in that the air is compressed in the compressor (2) up to a pressure of between 2.5 and 3.3 bar, preferably to a pressure of 3.0 bar. 3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av att luften som komprimerats i kompressorn (2) avkyls i tvä avkylningsskeden före turbinen (8).Process according to claim 1 or 2, characterized in that the air compressed in the compressor (2) is cooled in two cooling stages before the turbine (8). 4. Förfarande enligt patentkrav 3, kännetecknat av att luften avkyles i det första skedet medelst vatten som cirkulerar i sekundärkretsen av värmeväxlaren (4) och i det andra skedet med returluft frän det avkylda föremälet (10) som cirkulerar i den andra värmeväxlarens (6) sekundärkrets.Method according to claim 3, characterized in that the air is cooled in the first stage by water circulating in the secondary circuit of the heat exchanger (4) and in the second stage of return air from the cooled article (10) circulating in the second heat exchanger (6). secondary circuit. 5. Anordning för tillgodogörande av värmeenergi som frigörs vid en avkylningsprocess, omfattandeAn apparatus for utilizing thermal energy released by a cooling process, comprising
FI870330A 1986-01-29 1987-01-26 FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER UTNYTTJANDE AV VAERMEENERGI SOM FRIGOERS I KYLPROCESS. FI78176C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI870330A FI78176C (en) 1986-01-29 1987-01-26 FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER UTNYTTJANDE AV VAERMEENERGI SOM FRIGOERS I KYLPROCESS.

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI860430A FI860430A0 (en) 1986-01-29 1986-01-29 FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER UTNYTTJANDE AV VAERMEENERGI SOM FRIGOERS I KYLPROCESS.
FI860430 1986-01-29
FI870330A FI78176C (en) 1986-01-29 1987-01-26 FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER UTNYTTJANDE AV VAERMEENERGI SOM FRIGOERS I KYLPROCESS.
FI870330 1987-01-26

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI870330A0 FI870330A0 (en) 1987-01-26
FI870330A FI870330A (en) 1987-07-30
FI78176B FI78176B (en) 1989-02-28
FI78176C true FI78176C (en) 1989-06-12

Family

ID=26157890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI870330A FI78176C (en) 1986-01-29 1987-01-26 FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER UTNYTTJANDE AV VAERMEENERGI SOM FRIGOERS I KYLPROCESS.

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI78176C (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK150990D0 (en) * 1990-06-20 1990-06-20 Innosys En & Miljoe K S COOLING AND HEAT PUMP METHOD

Also Published As

Publication number Publication date
FI78176B (en) 1989-02-28
FI870330A0 (en) 1987-01-26
FI870330A (en) 1987-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6807802B2 (en) Single rotor turbine
US20080304954A1 (en) Highly Supercharged Gas Turbine Generating System
CN110905609B (en) High-parameter ORC turbine power generation equipment applied to engine waste heat recovery and ORC device
KR100874508B1 (en) Supercharge system for gas turbine
US4771612A (en) Method and apparatus for the utilization of heat energy released in a cooling process of water
CN101027468A (en) Combined rankine and vapor compression cycles
WO2001000975A1 (en) Supercharging system for gas turbines
EP1243878B1 (en) Cold air refrigerating system and turboexpander turbine for this system
JP6382355B2 (en) Gas turbine generator cooling
KR20140116121A (en) Method and turbine for expanding an organic operating fluid in a rankine cycle
US7044718B1 (en) Radial-radial single rotor turbine
AU2011236050B2 (en) Steam turbine plant
JP2005345084A (en) Exhaust heat recovering refrigeration air conditioning system
FI78176C (en) FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER UTNYTTJANDE AV VAERMEENERGI SOM FRIGOERS I KYLPROCESS.
CN210164503U (en) High-parameter ORC turbine power generation equipment applied to engine waste heat recovery and ORC device
SU1567127A3 (en) Aerial power unit
AU2011234758A1 (en) Low pressure turbine with two independent condensing systems
KR20160134596A (en) Engine system using vortex tube
KR20150087499A (en) Disc-drilling wheel using refrigerant turbine Heat pump temperature difference generator
CA1070959A (en) Energy conversion device
CN115199348B (en) Magnetic-gas composite thrust control system and method for organic Rankine cycle generator set
JP2001141286A (en) Heat recovery generating system and method of its operation
CA1185107A (en) Cooling system
JP2002174128A (en) Anti-icing device and method for gas turbine air compressor
AU2014202430B2 (en) Steam Turbine Plant

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed
MM Patent lapsed

Owner name: IMATRAN VOIMA OY