GR1009505B

GR1009505B - Thermo-hydraulic power-generating process

Info

Publication number: GR1009505B
Application number: GR20170100476A
Authority: GR
Inventors: Αργυριος Βασιλειου Μπενος
Original assignee: Αργυριος Βασιλειου Μπενος
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2019-04-05

Abstract

The invented thermo-hydraulic process is a power generation method exploiting the thermal energy excess produced in ordinary power generation stations with the aim to increase the efficiency of these last. This method consists in that a fluid is boiled, evaporated and lifted up into the closed circuit of ducts 2; in the sequel, said fluid is cooled and simultaneously condensed at the upmost desired level; after condensation, the fluid returns to a lower level where the static pressure created at the end of the cathodic duct 5 is exploited and used for the rotation of the turbine 6 and the electric power generation.

Description

Θερμοϋδραυλική διαδικασία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Thermohydraulic power generation process.

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ DESCRIPTION

Η θερμοϋδραυλική διαδικασία είναι μια μέθοδο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία εκμεταλλεύεται την περίσσια θερμική ενέργεια που εξάγουν τα ατμοηλεκτρικά εργοστάσια και δεν μπορούν να την εκμεταλλευτούν με αποτέλεσμα να την απορρίπτουν στο περιβάλλον. The thermohydraulic process is a method of generating electricity, which takes advantage of the excess thermal energy extracted by steam power plants that cannot be used and thus is released into the environment.

Κατά την διαδικασία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με την μέθοδο του ατμού, είτε μιλάμε για την περίπτωση βιοκαυσίμων, ορυκτών καυσίμων, υδρογονανθράκων είτε στην περίπτωση της πυρηνικής ενέργειας η διαδικασία παραμένει ίδια, το νερό που είναι και το εργαζόμενο μέσο θερμαίνεται σε πολύ υψηλή θερμοκρασία με αποτέλεσμα να βρίσκεται σε υπερκρίσιμη κατάσταση με σκοπό την βέλτιστη απόδοση του συστήματος. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα η θερμοκρασία λειτουργίας του συστήματος να είναι πολύ υψηλή. Με εξαίρεση περιπτώσεων όπου η περίσσια θερμική ενέργεια, πέραν της θερμοκρασίας συμπυκνώσεως των ατμών, χρησιμοποιείτε για την θέρμανση κατοικιών τους χειμερινούς μήνες, τότε αυτή απορρίπτεται άσκοπα στο περιβάλλον. During the process of producing electricity using the steam method, whether we are talking about the case of biofuels, fossil fuels, hydrocarbons or in the case of nuclear energy, the process remains the same, the water which is also the working medium is heated to a very high temperature, resulting in is in a supercritical state for optimal system performance. This results in the operating temperature of the system being too high. With the exception of cases where the excess thermal energy, beyond the condensation temperature of the vapors, is used for heating homes in the winter months, then it is unnecessarily discharged into the environment.

Με την θερμοϋδραυλική μέθοδο μπορούμε να εκμεταλλευτούμε αυτή την περίσσια θερμική ενέργεια και να ρίξουμε την θερμοκρασία λειτουργίας της διαδικασίας πολλούς βαθμούς κελσίου και άρα την απώλεια θερμικής ενέργειας στο περιβάλλον με αποτέλεσμα να αυξάνουμε την απόδοση του συστήματος. Η θερμοκρασία λειτουργίας της θερμοϋδραυλικής μεθόδου είναι πολύ χαμηλή με αποτέλεσμα να πέφτει το κόστος κατασκευής του συστήματος, σε συνδυασμό με την πίεση λειτουργίας η οποία μπορεί να είναι ατμοσφαιρική, τότε το κόστος κατασκευής του συστήματος πέφτει ακόμα περισσότερο μιας και δεν απαιτούνται μεγάλης αντοχής υλικά αλλά ούτε πολύπλοκες κατασκευές όπως στην περίπτωση ενός ατμοηλεκτρικού σταθμού. With the thermohydraulic method, we can take advantage of this excess thermal energy and drop the operating temperature of the process by several degrees Celsius and therefore the loss of thermal energy to the environment, resulting in increasing the efficiency of the system. The operating temperature of the thermohydraulic method is very low as a result of which the cost of building the system falls, in combination with the operating pressure which can be atmospheric, then the cost of building the system falls even more since high strength materials are not required but neither complex constructions as in the case of a steam power plant.

Η θερμοϋδραυλική μέθοδος είναι μια διαδικασία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας η οποία αποτελείται από τέσσερα βασικά μέρη, την θέρμανση του εργαζόμενου μέσου μέχρι το σημείο βρασμού, την ανύψωση του ατμού στο επιθυμητό ύψος, την ψύξη των ατμών έως το σημείο υγροποίησης τους και την συλλογή του συμπυκνώματος με σκοπό την επαναφορά του στο αρχικό ύψος και την εν συνεχεία εκτόνωση της στατικής πίεσης του σε υδροστρόβιλο για την περιστροφή ηλεκτροπαραγωγούς γεννήτριας και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Επί της ουσίας η αρχή λειτουργίας της μεθόδου αυτής βασίζεται στην εφαρμογή δύο σημείων με διαφορά θερμοκρασίας εντός του ίδιου συστήματος τα οποία σημεία επηρεάζουν αντίθετα την συμπεριφορά του ρευστού που βρίσκεται εντός του συστήματος και ως προϋπόθεση ορίζεται η υψομετρική διαφορά των δύο σημείων όπου και θα βοηθήσει στην επίτευξη της επιθυμητής στατικής πίεσης στην είσοδο του παραγωγικού μέρους του συστήματος. The thermohydraulic method is a process of producing electricity which consists of four main parts, heating the working medium to the boiling point, raising the steam to the desired height, cooling the steam to its liquefaction point and collecting the condensate with for the purpose of returning it to its original height and then relieving its static pressure in a hydro turbine for the rotation of an electric generator and the production of electricity. In essence, the operating principle of this method is based on the application of two points with a temperature difference within the same system, which points inversely affect the behavior of the fluid inside the system, and as a condition, the altitude difference of the two points is defined where it will help in achieving the desired static pressure at the inlet of the productive part of the system.

Όπως παρουσιάζετε στο σχέδιο 1 για την σωστή λειτουργία της μεθόδου έχουμε τα εξής, παρέχουμε την προς εκμετάλλευση θερμότητα 8, σε λέβητα 1 , ακολούθως έχουμε τον ανοδικό αγωγό 2 ο οποίος συνδέεται με τον συμπυκνωτή 3, ο δε συμπυκνωτής βρίσκεται εντός του συλλέκτη 4 ο οποίος συνδέεται με τον καθοδικό αγωγό 5. Στο τέλος του καθοδικού αγωγού 5 συνδέεται ο στρόβιλος 6 ο ποιος περιστρέφει ηλεκτρογεννήτρια 7. Με την βοήθεια του αγωγού επιστροφής 9 συνδέεται ο στρόβιλος 6 με τον λέβητα 1. As you present in drawing 1, for the correct operation of the method we have the following, we provide the heat to be exploited 8, in boiler 1, then we have the anode pipe 2 which is connected to the condenser 3, and the condenser is inside the collector 4 which it is connected to the cathode pipe 5. At the end of the cathode pipe 5, the turbine 6 is connected, which rotates the generator 7. With the help of the return pipe 9, the turbine 6 is connected to the boiler 1.

Κατά την θέρμανση του εργαζόμενου μέσου στον λέβητα (1) προκαλούμε βρασμό με αποτέλεσμα την ανύψωση των ατμών μέσω μονωμένου αγωγού (2) στο επιθυμητό υψομετρικό σημείο, στο ανώτερο επιθυμητό ύψος υπάρχει ο συμπυκνωτής (3) που προκαλεί μερική ψύξη έως το σημείο υγροποίησης των ατμών, ο συλλέκτης (4) συλλέγει και κατευθύνει το υγρό σε καθοδικό αγωγό (5) όπου και επιθυμούμε να πληρωθεί έως το ανώτερο υψομετρικό σημείο, στο κατώτερο υψομετρικό σημείο του αγωγού (5) παίρνουμε με την βοήθεια ακροφύσιου το εργαζόμενο μέσο υπό πίεση και το ρίπτουμε σε υδροστρόβιλο (6) για την παραγωγή ενέργειας. Η πίεση του εργαζόμενου μέσου είναι στατική και για αυτό έχει άμεση σχέση με το ανώτερο υψομετρικό σημείο συλλογής του συμπυκνώματος. Το εργαζόμενο μέσο μετά την ρίψη του στον υδροστρόβιλο (6) συλλέγετε και κατευθύνεται ξανά στον λέβητα (1) όπου και ξανά θερμαίνεται σε σημείο βρασμού επαναλαμβάνοντας την διαδικασία με αποτέλεσμα να ολοκληρώνεται ο θερμικός κύκλος της μεθόδου. Το μέγεθος της παροχής όγκου ορίζει και τον υδροστρόβιλο (6) που θα χρησιμοποιήσουμε. When heating the working medium in the boiler (1) we cause boiling resulting in the rise of the vapors through an insulated pipe (2) to the desired elevation point, at the highest desired height there is the condenser (3) which causes partial cooling to the point of liquefaction of the vapors , the collector (4) collects and directs the liquid to a down pipe (5) where we want it to be filled up to the upper elevation point, at the lower elevation point of the pipe (5) we take the working medium under pressure with the help of a nozzle and drop it in a hydro turbine (6) for energy production. The pressure of the working medium is static and therefore has a direct relationship with the upper altitude point of condensate collection. The working medium after being thrown into the hydro turbine (6) is collected and directed back to the boiler (1) where it is again heated to boiling point, repeating the process as a result of which the thermal cycle of the method is completed. The size of the volume supply also defines the hydro turbine (6) that we will use.

Σε ένα παράδειγμα θα χρησιμοποιήσουμε ως εργαζόμενο μέσο το νερό KOL υδροστρόβιλο (6) pelton, η ανύψωση των ατμών θα φτάνει στα ογδόντα μέτρα όπου και θα γίνεται η υγροποίηση τους. Η πίεση λειτουργίας του συστήματος είναι ατμοσφαιρική. Ως πηγή θερμότητας (8) χρησιμοποιείται το σύστημα ψύξης ενός ατμοηλεκτρικού σταθμού. Το σύστημα ψύξης λειτουργεί στους 300 βαθμούς κελσίου, με την Θερμοϋδραυλική μέθοδο να λειτουργεί στους 100 έως 120 βαθμούς κελσίου θα έχουμε περίσσια θερμική ενέργεια αλληλένδετη με την θερμοκρασιακής διαφοράς των δύο συστημάτων. Κατά των βρασμό του νερού στον λέβητα (1) θα πάρουμε ατμούς με θερμοκρασία 100 έως 120 βαθμούς κελσίου οι οποίοι θα κατευθυνθούν με την βοήθεια αγωγού (2) στον συμπυκνωτή (3). Στο σημείο του συμπυκνωτή (3) ψύχεται το μέσο στους 95 βαθμούς και υγροποιείτε, στην συνέχεια συλλέγετε από τον συλλέκτη (4) και κατευθύνεται στον καθοδικό αγωγό (5). Ο καθοδικός αγωγός (5) επιστρέφει το νερό στο αρχικό υψομετρικό σημείο όπου και ξεκίνησε ο βρασμός δημιουργώντας στο κάτω υψομετρικό σημείο του αγωγού (5) την επιθυμητή πίεση. Με μεταβαλλόμενης διατομής ακροφύσιο ρίχνουμε το νερό στον υδροστρόβιλο (6) ο οποίος περιστρέφει την ηλεκτρογεννήτρια (7) για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Σε θεωρητικό επίπεδο οι διαδικασίες στον αγωγό (2) και τον καθοδικό αγωγό (5) θα θεωρηθούν ισεντροπικές έτσι ώστε να μην έχουμε θερμικές απώλειες με αποτέλεσμα η θερμότητα που προσδίδουμε στο σύστημα να έχει άμεση σχέση με την αύξηση της θερμοκρασίας του εργαζόμενου μέσου από το σημείο (4) στο σημείο (1) όταν το σύστημα βρίσκεται σε πλήρη λειτουργία. Στο παράδειγμα η Θερμοϋδραυλική μέθοδος εκμεταλλεύεται την θερμότητα που απορρίπτει ένας ατμοηλεκτρικός σταθμός στο περιβάλλον και την μετατρέπει σε ηλεκτρική ενέργεια με αποτέλεσμα να αυξάνει την απόδοση του σταθμού σε μεγάλο βαθμό. In an example we will use KOL hydroturbine (6) pelton water as a working medium, the vapors will rise to eighty meters where they will be liquefied. System operating pressure is atmospheric. The cooling system of a steam power plant is used as a heat source (8). The cooling system operates at 300 degrees Celsius, with the Thermohydraulic method operating at 100 to 120 degrees Celsius we will have excess thermal energy interrelated with the temperature difference of the two systems. During the boiling of the water in the boiler (1) we will get vapors with a temperature of 100 to 120 degrees Celsius which will be directed with the help of a pipe (2) to the condenser (3). At the point of the condenser (3) the medium is cooled to 95 degrees and liquefied, then collected by the collector (4) and directed to the cathode conductor (5). The down pipe (5) returns the water to the initial elevation point where the boiling started, creating the desired pressure at the lower elevation point of the pipe (5). With a variable cross-section nozzle we pour the water into the hydro turbine (6) which rotates the electric generator (7) to produce electricity. At a theoretical level, the processes in the conductor (2) and the cathode conductor (5) will be considered isentropic so that we do not have thermal losses, with the result that the heat we add to the system is directly related to the increase in the temperature of the working medium from the point (4) in point (1) when the system is in full operation. In the example, the Thermohydraulic method takes advantage of the heat that a steam power plant rejects in the environment and converts it into electrical energy, thus increasing the efficiency of the plant to a great extent.

Ένα σύστημα το οποίο λειτουργεί με την θερμοϋδραυλική μέθοδο, λόγο του μεγάλου όγκου κατασκευής του θα μπορούσε να λειτουργήσει ευκολότερα οε βιομηχανικό περιβάλλον. Η θερμοϋδραυλική μέθοδος λειτουργεί ως βοηθητική μονάδα ενός κύριου ατμοηλεκτρικού σταθμού εκμεταλλευόμενη την περίσσια θερμότητας του σταθμού αλλά και ως κύρια μονάδα όταν η δυναμική του καυσίμου ή της πηγής θερμότητας είναι μικρή για την χρήση συμβατικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Μπορεί ακόμα να λειτουργήσει και αυτόνομα με οποιαδήποτε πηγή θερμότητας είναι διαθέσιμη μιας και η φιλοσοφία λειτουργίας της μεθόδου είναι να υπάρχουν εντός συστήματος κλειστού κυκλώματος αγωγών, δύο σημεία με θερμοκρασιακή αλλά και υψομετρική διαφορά και εντός του κυκλώματος να υπάρχει ρευστό ως εργαζόμενο μέσο. A system that works with the thermohydraulic method, due to its large volume of construction, could work more easily in an industrial environment. The thermohydraulic method works as an auxiliary unit of a main steam power plant exploiting the excess heat of the station and also as a main unit when the dynamics of the fuel or heat source is small for the use of conventional power plants. It can still work autonomously with any heat source that is available since the operating philosophy of the method is to have two points with a temperature but also an altitude difference within a closed circuit system of pipelines and within the circuit to have a fluid as a working medium.

Claims

CONDUCTORS

1. Thermohydraulic method of electricity generation which uses heat (8) as an energy source to cause boiling in a working medium and raise it, with the help of an insulated pipe (2), to the desired height where we cool the working medium with a condenser (3) ) to liquefy it, after its cooling the now liquid working medium is channeled into a cathode duct (5), at the end of the duct (5) the desired static pressure is caused which is a function of the altitude difference from the upper point of condensate collection to the collector (4) to its expansion point at the end of the downpipe (5). The force of the fluid as it is released at the end of the downpipe (5) rotates a turbine (6) located after the downpipe (5). After the end of the expansion and rotation of the turbine (6), the liquid working medium returns to the boiler (1) where it is reheated and the thermodynamic cycle of the method is completed.

2. Thermohydraulic method of producing electricity according to claim 1, wherein the turbine (6) rotates an electric generator (7) directly or indirectly, to produce electricity.

3. Thermohydraulic method of electricity generation according to claim 1, wherein the working medium of the method is water.

4. Thermohydraulic method of electricity production according to claim 1, in which we use water as a working medium and the system in which we apply the method operates atmospherically when it is in full operation.

5. Thermohydraulic method of electricity generation according to claim 1, where as working medium we use an organic fluid and the system where the method is applied operates under pressure.

6. Thermohydraulic method of electricity generation according to claim 1, where as working medium we use an organic fluid and the system where the method is applied operates at a controlled pressure.

7. Thermohydraulic method of electricity generation according to claim 1, where as working medium we use an inorganic fluid and the system where the method is applied operates under pressure.

8. Thermohydraulic method of electricity generation according to claim 1, where as a working medium we use an inorganic fluid and the system where the method is applied operates at a controlled pressure.

9. Installation comprising components for implementing the method according to claim 1, characterized in that it has two points with a temperature difference as defined in drawing 1 as a boiler 1 and a condenser 3, these two points are joined by a pipe which is called anode pipe 2, while the point with the lowest temperature is connected to the end of a second pipe which we call cathode pipe 5, at the other end of the cathode pipe you connect turbine 6, and turbine 6 is connected to the hottest point 1 with the help of a pipe. It is noted that the entire system has thermal insulation to avoid thermal losses, as far as possible, and only at the two points with a temperature difference is controlled heat transfer carried out, imparting or absorbing from the system to the hot or cold point respectively. The two points with the temperature difference should also have an altitude difference between them with the colder one being thinner than the warmer one to achieve the necessary static pressure at the entrance of the turbine 6, and the turbine during its rotation rotates the electricity generator 7. Finally, within the system there is a fluid working medium which reacts to any temperature change.

10. Installation according to claim 9, characterized in that it functions as an auxiliary system in a main power station and receives as a heat source the excess heat rejected by the main station.

11. Installation according to claim 9, characterized in that it works installed in existing structures, tall buildings and skyscrapers, the heat source supplied to it comes from a heat pump while the condenser also works as a heat source for the building's heating system.