PT1613841E - Processo e dispositivo de realização de um ciclo termodinâmico - Google Patents
Processo e dispositivo de realização de um ciclo termodinâmico Download PDFInfo
- Publication number
- PT1613841E PT1613841E PT05733568T PT05733568T PT1613841E PT 1613841 E PT1613841 E PT 1613841E PT 05733568 T PT05733568 T PT 05733568T PT 05733568 T PT05733568 T PT 05733568T PT 1613841 E PT1613841 E PT 1613841E
- Authority
- PT
- Portugal
- Prior art keywords
- fluid stream
- vapor phase
- liquid
- stream
- pressure
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 title 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 81
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 12
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 8
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims 2
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 claims 2
- 230000002040 relaxant effect Effects 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 9
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 7
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000005465 channeling Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/06—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids
- F01K25/065—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids with an absorption fluid remaining at least partly in the liquid state, e.g. water for ammonia
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
- Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
1
DESCRIÇÃO
"PROCESSO E DISPOSITIVO DE REALIZAÇÃO DE UM CICLO TERMODINÂMICO" A presente invenção refere-se a um processo e um dispositivo de realização de um ciclo termodinâmico de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 8.
As centrais termoeléctricas utilizam o ciclo termodinâmico para transformação do calor em energia mecânica ou eléctrica. Uma central termoeléctrica e ciclo termodinâmico destes são divulgados no documento EP 1070830. As centrais termoeléctricas convencionais geram o calor por meio da queima de substâncias combustíveis, principalmente as fontes de energia fósseis carvão, petróleo e gás. Os ciclos termodinâmicos são accionados, nestes casos, por exemplo à base do ciclo clássico de Rankine com água como fluido motor. O seu elevado ponto de ebulição torna a água pouco atractiva, principalmente no caso da utilização de fontes de calor com temperaturas entre os 100° e os 200 °C, por exemplo líquidos geotérmicos ou emissões de calor de processos de queima, devido a falta de rentabilidade económica.
Para as fontes de calor com baixa temperatura, foram desenvolvidas nos últimos anos várias tecnologias que possibilitam a transformação do seu calor, com um bom grau de eficácia, em energia mecânica ou eléctrica. A par do processo de Rankine com fluido motor orgânico (organic Rankine cycle, ORC) destaca-se especialmente o chamado ciclo Kalina por um grau de eficácia nitidamente melhor em comparação com o processo Rankine clássico. Com base no 1 2 ciclo Kalina desenvolveram-se diversos circuitos para diferentes aplicações. Estes circuitos utilizam como fluido motor, em vez de água uma mistura de duas substâncias (por exemplo amoníaco e água), explorando o processo de ebulição e condensação não isotérmico da mistura para elevar o grau de eficácia do circuito em comparação com o circuito Rankine.
Para temperaturas da fonte de calor entre 100 e 140 °C utiliza-se de preferência o circuito Kalina KCS 34 (Kalina Cycle System 34) que é utilizado por exemplo na central geotérmica Husavik/Islândia. Com este circuito (ver também a fig. 3) bombeia-se um fluido motor líquido para um primeiro permutador de calor onde é aquecido por meio de uma condensação parcial de uma corrente de fluido motor descomprimida. A corrente de fluido motor aquecida, assim formada, é depois ainda mais aquecida por meio de arrefecimento da fase líquida de uma corrente de fluido motor parcialmente evaporada num segundo permutador de calor e em seguida, num terceiro permutador de calor, recorrendo ao calor que é transferido de uma fonte de calor externa (por exemplo um líquido geotérmico) é parcialmente evaporada (por exemplo até um teor de líquido de 14 a 18 %) . Em seguida, da corrente de fluido motor parcialmente evaporada separa-se a fase líquida da fase vapor num separador. A fase vapor é descomprimida numa turbina e a sua energia é utilizada para gerar corrente. A fase líquida é conduzida por um segundo permutador de calor e é utilizada para continuar a aquecer a corrente de fluido motor aquecida. Num misturador, a fase líquida e a fase vapor descomprimida são combinadas e formam a corrente de fluido 2 3 motor já mencionada. A corrente de fluido motor descomprimida é depois parcialmente condensada num primeiro permutador de calor e em seguida é completamente condensada num condensador, de forma que a corrente de fluido motor liquido mencionada no inicio é gerada e o circuito fica concluído. A partir deste ciclo conhecido, o objectivo da presente invenção consiste num processo e um dispositivo para a execução de um ciclo termodinâmico que, com uma fonte de calor externa e temperatura da água de refrigeração iguais e custos de operação substancialmente iguais possibilita um rendimento igual ou mesmo superior em energia mecânica e/ou eléctrica, destacando-se principalmente o processo e o dispositivo por uma reduzida complexidade. A solução do objectivo dirigido para o processo reside, de acordo com a presente invenção num processo de acordo com a reivindicação 1. Concretizações vantajosas do processo são respectivamente objecto das subreivindicações 2 a 7. A solução do objectivo dirigido para o processo reside, de acordo com a presente invenção num processo de acordo com a reivindicação 8. Concretizações vantajosas do dispositivo são respectivamente objecto das subreivindicações 9 a 14.
De acordo com a presente invenção, a condensação parcial da corrente de fluido motor descomprimida não só aquece a corrente de fluido motor líquida sob pressão como também a evapora parcialmente. Esta situação é possível, em comparação com o circuito KCS 34 mencionado inicialmente por se prescindir do segundo permutador de calor e portanto da transmissão do calor da fase líquida da corrente de 3 4 fluido motor parcialmente evaporada para continuar o aquecimento ou para evaporação parcial da corrente de fluido motor aquecida. Desta forma, é retirado à fase liquida menos calor que é depois utilizado para melhorar o aquecimento e evaporação parcial da corrente de fluido motor liquida, sob pressão, por meio de condensação parcial da corrente de fluido motor descomprimida.
Por meio de um ajuste correspondente das superfícies térmicas do permutador de calor restante e outros parâmetros do circuito é possível não só igualar como mesmo aumentar o rendimento em energia mecânica e/ou eléctrica em comparação com os circuitos conhecidos. Os custos de uma superfície térmica eventualmente maior no permutador de calor restante pode ser amplamente compensados por meio da eliminação do segundo permutador de calor e consequente simplificação da canalização, de forma que os custos da central se mantêm essencialmente iguais.
Ao prescindir do segundo permutador de calor mencionado inicialmente ou ao prescindir de uma transmissão de calor da fase líquida para a primeira corrente de fluido motor parcialmente evaporada, o dispositivo de acordo com a presente invenção ou o processo de acordo com a presente invenção caracteriza-se por uma menor complexidade em comparação com o estado da técnica. A evaporação parcial da corrente de fluido motor líquida sob pressão por meio de condensação parcial da corrente de fluido motor descomprimida pode ser favorecida se a pressão da fase vapor for inferior a 24 bar e portanto claramente inferior ao 33 bar habituais nos circuitos conhecidos até agora. Desta forma o nível total de pressão 4 5 no circuito pode ser diminuído, podendo-se então reduzir a temperatura de ebulição do fluido motor.
Quando a pressão da fase vapor, antes da entrada na turbina, é três vezes superior à pressão da fase vapor descomprimida é ainda possível utilizar turbinas descompressoras monofásicas convencionais. Este tipo de turbinas de expansão apresentam um grau de eficácia até 88 % e portanto graus de eficácia claramente superiores aos utilizados até agora neste tipo de circuitos, turbinas de expansão monofásicas até uma pressão máxima de por exemplo 33 bar com graus de eficácia de cerca de 75 %. Uma perda de eficácia possivelmente decorrente da diminuição do nível de pressão ou da menor proporção de pressão numa turbina de expansão no circuito é assim mais que equilibrada pelo melhor grau de eficácia da turbina e maior débito possível de fluido motor que permite retirar comparativamente mais energia da água termal.
No caso da utilização de uma turbina de expansão monofásica convencional minimizam-se ainda os custos de uma segunda etapa com turbina ou custo adicionais para uma instalação especial de uma turbina com elevadas diferenças de pressão. De acordo com uma concretização da presente invenção utiliza-se como fluido motor uma mistura de várias substâncias. Uma mistura de várias substâncias é de preferência uma mistura de duas substâncias, em especial uma mistura de amoníaco e água. Devido à evaporação não isotérmica e condensação de uma mistura assim consegue-se atingir um grau de eficácia do circuito especialmente elevado. 5 6 É possível uma produção de energia especialmente ecológica com a utilização de um líquido geotérmico, em especial água termal, de uma fonte geotérmica como fonte de calor. Como fonte de calor podem-se também utilizar os efluentes gasosos (gases de combustão) de centrais de cogeração ou o calor gerado em processos de produção industriais (por exemplo produção de aço) .
Consegue-se atingir um grau de eficácia do circuito mais elevado, quando a fonte de calor apresenta uma temperatura entre 100 °C e 200 °C, em especial 100 °C a 140 °C.
Passamos agora a esclarecer detalhadamente a presente invenção, bem como outras concretizações vantajosas da presente invenção de acordo com as características das subreivindicações a partir dos exemplos de concretização nas figuras. Estas mostram:
Fig. lUm circuito de um dispositivo de acordo com a presente invenção para execução de um ciclo termodinâmico numa representação esquemática simplificada.
Fig. 2Um cálculo do equilíbrio térmico para um dispositivo de acordo com a figura 1,
Fig. 3um circuito de um dispositivo conhecido do estado da técnica para execução de um ciclo termodinâmico numa representação esquemática simplificada.
Fig. 4um cálculo do equilíbrio térmico para um dispositivo de acordo com a figura 3. O dispositivo 1 representado na figura 1, para a realização de um ciclo termodinâmico apresenta um permutador de calor (recuperador) HE4 que é primariamente percorrido por água termal quente 2 0 de uma fonte 6 7 geotérmico não representada em pormenor e secundariamente é ligado por um lado a um permutador de calor HE2 e por outro a um separador 4. 0 separador 4 destina-se a separar uma fase vapor de uma fase líquida de um fluido motor parcialmente evaporado. Uma saída do lado do vapor do separador 4 está ligada a uma turbina 2. A saída da turbina 2 está ligada a um misturador 5, o qual está ainda ligado a uma saída do líquido do separador 4. Do lado da saída, o misturador 5 está ligado a um lado secundário de um permutador de calor (recuperador) HE2, que por sua vez está ligado ao lado primário de condensados HEI secundário percorrido por água de refrigeração. 0 condensador HEI está ligado a uma saída do lado primário eventualmente por um tanque de condensação, por uma bomba 3 ao lado primário de um permutador de calor HE2. 0 lado primário do permutador de calor HE2 está novamente ligado ao lado secundário do permutador de calor HE4 já mencionado.
Como fluido motor utiliza-se no dispositivo 1 uma mistura de duas substâncias, de água e amoníaco, que apresenta assim uma evaporação e condensação não isotérmicas 0 fluido motor encontra-se depois do condensador HEI, em estado líquido como corrente de fluido motor líquida 13. Com auxílio da bomba 3, todo a corrente de fluido motor líquida 13 é bombeada a uma alta pressão e é gerada uma corrente de fluido motor líquida 14 sob pressão. A corrente de fluido motor líquida sob pressão 14 é introduzida pelo lado primário do permutador de calor HE2 e é aquecida por meio de condensação parcial de uma corrente de fluido motor descomprimida 12, introduzida pelo lado secundário do permutador de calor HE2 e é parcialmente 7 evaporada, de forma que se encontram do lado primário, depois do permutador de calor HE2, uma primeira corrente de fluido motor 15 parcialmente evaporada e do lado secundário uma corrente de fluido motor 12a descomprimida, parcialmente condensada. A percentagem de vapor na primeira corrente de fluido motor parcialmente evaporada 15 perfazia por exemplo 15 %. A primeira corrente de fluido motor parcialmente evaporada 15 foi conduzida sem mais aquecimento para o lado secundário do permutador de calor HE4.
Do lado primário, o permutador de calor HE4 é percorrido por água termal 20 quente. No permutador de calor HE4, a primeira corrente de fluido motor parcialmente evaporada 15 é ainda mais vaporizada por meio do arrefecimento da água termal 20 e gera-se uma segunda corrente de fluido motor 20 parcialmente evaporada. A segunda corrente de fluido motor parcialmente evaporada 18 é conduzida ao separador 4, onde a fase vapor 10 é separada da fase liquida 19 da segunda corrente de fluido motor parcialmente evaporada 18. A fase vapor 10 é depois descomprimida na turbina 2 e a sua energia é transformada numa forma utilizável, por exemplo por meio de um gerador não representado, em corrente, e gera-se uma fase vapor descomprimida 11.
No misturador 5 são novamente reunidas a fase vapor descomprimida 11 e a fase liquida 19, separada no separador 4, e constitui-se uma corrente de fluido motor descomprimida 12. 9 Não foi aqui concebida uma transferência de calor dirigida da fase liquida 19 para a primeira corrente de fluido motor parcialmente evaporada 15, por exemplo por meio de um permutador de calor especial previsto para este fim. A corrente de fluido motor parcialmente evaporada 15 apresenta assim, antes de continuar a evaporação no permutador de calor HE4, essencialmente a mesma temperatura que no caso da sua geração por meio de condensação parcial da corrente de fluido motor descomprimida 12. Por "essencialmente a mesma temperatura" significa neste caso que a diferença de temperatura é de apenas poucos Kelvin e por exemplo é causada por um ligeiro arrefecimento da primeira corrente de fluido motor parcialmente evaporada que sai do permutador de calor HE2 devido a perdas de calor nos tubos de ligação até ao permutador de calor HE4. A corrente de fluido motor descomprimida 12 é parcialmente condensada no permutador de calor HE2 e é gerada uma corrente de fluido motor descomprimida, parcialmente condensada 12a. A corrente de fluido motor descomprimida, parcialmente condensada 12 é depois condensada no condensador HEI com auxilio da corrente de água de refrigeração (corrente) 25 e gera-se a corrente de fluido motor líquida 13. 0 calor transferido pela condensação da corrente de fluido motor descomprimida 12a para a corrente de água de refrigeração 25 é dissipada pela corrente de água de refrigeração 26 que passa. A figura 2 mostra um cálculo do equilíbrio térmico de um dispositivo de realização do ciclo termodinâmico, que corresponde no essencial ao dispositivo 1 representado na figura 1 e que foi completado apenas com mais algumas válvulas 27. Como condições de partida para os cálculos 9 10 assumiu-se uma concentração de amoníaco em água de 95 % (num fluido motor líquido, totalmente condensado) e uma corrente de água termal 20 com uma temperatura de 120 °C, bem como um fluxo de massa de 141,8 kg/s. A temperatura da corrente de água de refrigeração 25 foi de 9,4 °C. Tal como se pode verificar na fig. 1 e 2, não são previstas modificações da concentração de amoníaco para aumentar o grau de eficácia, com excepção das diferentes concentrações de amoníaco existentes em ambas as fases devido à separação da fase vapor da fase líquida, depois da transferência de calor das fontes de calor externas. O quadro 1 mostra o resultado do cálculo de equilíbrio térmico para algumas correntes eleitas, tendo-se escolhido as potências do permutador de calor de acordo com o quadro 2.
Quadro 1: Corrente Temperatura (°C) Entalpia (kJ/kg) Fluxo de massa (kg/s) Pressão (bar) 10 106,7 1507,8 27,59 22,3 11 56,51 1355,9 27, 59 7,158 13 13,13 24, 8 27, 6 6,9 15 53,52 221, 4 27,6 23,26 20 119,9 -1997,8 141,8 20 22 57, 45 -2250,6 141,8 19,61
Quadro 2: Permutador de calor Potência (kW) HE 1 (Condensador) 31,0 HE 2 5,3 HE 4 34,5 Soma 70,8 A temperatura da primeira corrente de fluido motor parcialmente evaporada 15 antes da entrada no permutador de calor HE4 era de 53,52 °C e portanto a mesma temperatura que à saída do permutador de calor HE2. A potência 10 11 eléctrica que pôde ser gerada nestas condições, com auxílio da turbina 2 era de 4033 kW. A pressão da fase vapor 10 antes da entrada na turbina 2 era de 22,3 bar e a pressão da fase vapor descomprimida 11, à saída da turbina 2 era de 7,158 bar. Por meio da pressão inicial eleita de 22,3 bar e da proporção de pressão de cerca de 3,1 entre a pressão da fase vapor e antes e depois da turbina 2, pode-se utilizar como turbina 2 uma turbina monofásica convencional, com um elevado grau de eficácia, o que está associado às vantagens do grau de custos e efeito correspondentes. A figura 3 mostra, em contrapartida, o circuito de um dispositivo 30, conhecido no estado da técnica como KCS 34 (Kalina Cycle System 34) para execução de um ciclo termodinâmico. Para melhor comparar o dispositivo conhecido 30 com o dispositivo de acordo com a presente invenção, representado na fig. 1 encontram-se componentes e correntes correspondentes com referências iguais. O dispositivo 30 diverge do dispositivo de acordo com a presente invenção apresentado na fig. 1 por um permutador de calor HE3 adicional intercalado do lado primário entre o permutador de calor HE2 e o permutador de calor HE4 e do lado secundário entre o separador 4 e o misturador 5. Com auxílio do permutador de calor HE2 aquece-se, por meio de condensação parcial da corrente de fluido motor descomprimido 12, a corrente de fluido motor líquida sob pressão 14 e qera-se uma corrente de fluido motor (líquida) aquecida 15. A corrente de fluido motor aquecida 15 é depois mais aquecida por meio do permutador de calor HE3, por meio de arrefecimento da fase líquida 19 e assim gera-se uma corrente de fluido motor 15a mais aquecida. 11 12 A figura 4 mostra um cálculo do equilíbrio térmico de um dispositivo do estado da técnica, que corresponde no essencial ao dispositivo 30 representado na figura 3 e que foi ainda completado apenas com mais algumas válvulas 27. Como condições de partida para os cálculos assumiu-se uma concentração de amoníaco em água de 89,2 % e, tal como no caso do cálculo de equilíbrio térmico da figura 2, uma corrente de água termal 20 com uma temperatura de 120 °C bem como um fluxo de massa de 141,8 kg/s. A temperatura da corrente de água de refrigeração 25 foi de 9,4 °C. O quadro 3 mostra o resultado do cálculo de equilíbrio térmico para algumas correntes eleitas, tendo-se escolhido as potências do permutador de calor de acordo com o quadro 4.
Quadro 3: Corrente Temperatura (°C) Entalpia (kJ/kg) Fluxo de massa (kg/s) Pressão (bar) 10 115 1487,2 20,71 32, 41 11 43,23 1294,5 20,71 6, 775 13 13,16 -18,52 24,3 6,5 15 39 105, 4 24,3 34, 4 15a 48,67 153,5 24,3 33, 72 20 119,9 -1997,8 141,8 20 22 70,46 -2196,3 141,8 19, 61
Quadro 4: Permutador de calor Potência (kW) HE 1 (Condensador) 24,1 HE 2 2,7 HE 3 1,2 HE 4 28,1 Soma 55, 1 A potência eléctrica que pôde ser gerada neste caso era de apenas 3818 kw. A potência eléctrica que pode ser gerada, no caso do circuito de acordo com a presente invenção de acordo com a fig 1 e 2 é superior em 5,6 % do 12 13 que no caso do ciclo termodinâmico conhecido do estado da técnica. A corrente de fluido motor aquecida 15, que sai do permutador de calor HE2 com uma temperatura de 39 °C é mais aquecida no permutador de calor HE3, por meio de arrefecimento da fase líquida 19, a 48,87 °C e introduzida como corrente de fluido motor 15a do permutador de calor HE 4 .
Enquanto que em casos conhecidos, a temperatura da água termal 22 conduzida apresenta ainda 70,46 °C, no caso do ciclo termodinâmico de acordo com a presente invenção de acordo com a fig. 2 a água termal 22 dissipada apresenta apenas uma temperatura de 57, 45 °C. No caso do ciclo termodinâmico de acordo com a presente invenção pode-se retirar à água termal comparativamente mais energia.
Devido à pressão da fase vapor 10 à entrada da turbina 2 de 32,41 e a proporção de pressão de 4,8 entre a pressão da fase vapor à entrada da turbina 2 e pressão da fase vapor descomprimida 11 à saída da turbina, no caso do circuito da fig. 4 não se pode utilizar uma turbina monofásica convencional. Ou é necessário utilizar então duas turbinas monofásicas convencionais ligadas em sucessão ou é necessário utilizar uma única turbina adequada, especial para elevadas pressões e proporções de pressão superiores a 4, o que está associado em ambos os casos, em comparação com uma única turbina convencional, a mais custos e perdas no grau de eficácia. A necessidade de uma maior superfície de aquecimento, devido à maior potência do permutador de calor de 28,5 % 13 14 tem como consequência um aumento do investimento. Estes aumentos do custo podem, no entanto ser compensador numa grande parte pela simplificação da canalização e eliminação do permutador de calor HE3, de forma que os custos associados à instalação permanecem essencialmente iguais.
Como variação, tal como acontece no exemplo de circuito de acordo com a fig. 2, podem-se ligar mais válvulas no circuito.
Lisboa, 14
Claims (14)
1 REIVINDICAÇÕES 1. Processo de realização de um ciclo termodinâmico com pelo menos as seguintes etapas processuais: bombear de uma corrente de fluido motor liquido (13) até atingir uma pressão elevada e formar uma corrente de fluido motor liquida sob pressão (14); aquecer e evaporar parcialmente a corrente de fluido motor liquida, sob pressão (14), por meio de condensação parcial de uma corrente de fluido motor descomprimida (12) e gerar uma primeira corrente de fluido motor (15) parcialmente evaporada e uma corrente de fluido motor parcialmente condensada, descomprimida (12a); continuação da evaporação da primeira corrente de fluido motor (15) parcialmente evaporada com calor transferido de uma fonte de calor externa (20) e geração de uma segunda corrente de fluido motor pelo menos parcialmente evaporada (18) . separar uma fase liquida (19) de uma fase vapor (10) da segunda corrente de fluido motor (18) pelo menos parcialmente evaporada; descomprimir da fase vapor (10), transformar a sua energia numa forma utilizável e gerar uma fase vapor descomprimida (li) ; misturar a fase liquida (19) com a fase vapor (11) descomprimida e formar a corrente de fluido motor (12) descomprimida; condensação completa da corrente de fluido motor parcialmente condensada, descomprimida (12a) obtenção da corrente de fluido motor liquida (13).
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, em que a pressão da fase vapor (10) é inferior a 24 bar. 2
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que a pressão da fase vapor (10) é três a quatro vezes maior que a pressão da fase vapor descomprimida (11).
4. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, em que se utiliza como corrente de fluido motor uma mistura de várias substâncias.
5. Processo de acordo com a reivindicação 4, em que se utiliza como mistura de várias substâncias uma mistura de duas substâncias, em especial uma mistura de amoníaco e água.
6. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, em que se utiliza como fonte de calor externa (20) um liquido geotérmico, em especial água termal.
7. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, em que a fonte de calor (20) tem uma temperatura entre 100 °C e 140 °C.
8. Dispositivo de realização de um ciclo termodinâmico, em especial para a execução do processo de acordo com uma das reivindicações anteriores com pelo menos - uma bomba (3) para bombear uma corrente de fluido motor liquido (13) até atingir uma pressão elevada e formar uma corrente de fluido motor liquida sob pressão (14); - um primeiro permutador de calor (HE2) para gerar uma primeira corrente de fluido motor parcialmente vaporizada (15) por meio de aquecimento e evaporação parcial da corrente de fluido motor liquida sob pressão (14) por meio de condensação parcial de uma corrente de fluido motor descomprimida (12); 3 - um segundo permutador de calor (HE4) para gerar uma segunda corrente de fluido motor pelo menos parcialmente evaporada (18) por meio da continuação da evaporação da primeira corrente de fluido motor parcialmente evaporada (15)com o calor transferido de uma fonte de calor externa (20) . -um separador para separar uma fase líquida (19) de uma fase vapor (10) da segunda corrente de fluido motor pelo menos parcialmente evaporada (18); - um sistema (2), em especial turbina, para relaxar a fase vapor (10), transformação da sua energia numa forma utilizável e geração de uma fase vapor descomprimida (11); - um misturador (5) para misturar a fase líquida com a fase vapor descomprimida e formar a corrente de fluido motor (12) descomprimida; - um terceiro permutador de calor (HEI) para completar a condensação da corrente de fluido motor parcialmente condensada descomprimida (12a) e obtenção da corrente de fluido motor líquida (13).
9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, em que a pressão da fase vapor (10) é inferior a 24 bar.
10. Dispositivo de acordo uma das reivindicações 8 ou 9, em que a pressão da fase vapor (10) é três a quatro vezes maior que a pressão da fase vapor relaxada (11).
11. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 8 a 10, em que o fluido motor consiste numa mistura de várias substâncias. 4
12. Dispositivo de acordo com a reivindicação 11, em que a mistura de várias substâncias é uma mistura de duas substâncias, em especial uma mistura de amoníaco e água.
13. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 8 a 12, com um líquido geotérmico, em especial água termal como fonte de calor externa (20).
14. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 8 a 13, em que a fonte de calor externa (20) tem uma temperatura entre 100 °C e 140 °C. Lisboa, 13 de Fevereiro de 2007
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102004018627 | 2004-04-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PT1613841E true PT1613841E (pt) | 2007-02-28 |
Family
ID=34964640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PT05733568T PT1613841E (pt) | 2004-04-16 | 2005-04-13 | Processo e dispositivo de realização de um ciclo termodinâmico |
Country Status (21)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8272217B2 (pt) |
| EP (1) | EP1613841B1 (pt) |
| CN (1) | CN1993536B (pt) |
| AT (1) | ATE348946T1 (pt) |
| AU (1) | AU2005233321B2 (pt) |
| CA (1) | CA2562836C (pt) |
| CY (1) | CY1106002T1 (pt) |
| DE (2) | DE102005017183A1 (pt) |
| DK (1) | DK1613841T3 (pt) |
| ES (1) | ES2278377T3 (pt) |
| HR (1) | HRP20070089T3 (pt) |
| ME (1) | ME01101B (pt) |
| MX (1) | MXPA06011948A (pt) |
| NO (1) | NO324542B1 (pt) |
| NZ (1) | NZ550556A (pt) |
| PL (1) | PL1613841T3 (pt) |
| PT (1) | PT1613841E (pt) |
| RS (1) | RS50517B (pt) |
| RU (2) | RU2006140382A (pt) |
| SI (1) | SI1613841T1 (pt) |
| WO (1) | WO2005100755A1 (pt) |
Families Citing this family (35)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007041457B4 (de) * | 2007-08-31 | 2009-09-10 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung der Wärmeenergie einer Niedertemperatur-Wärmequelle in mechanische Energie |
| AU2008291094A1 (en) * | 2007-08-31 | 2009-03-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for converting thermal energy into mechanical energy |
| DE102007042541B4 (de) * | 2007-09-07 | 2009-08-13 | Gross, Johannes, Dipl.-Ing. | Anlage zur Energiegewinnung mittels einer Dampfkrafteinrichtung und Verfahren dazu |
| DE102008045450B4 (de) | 2008-02-01 | 2010-08-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betreiben eines thermodynamischen Kreislaufes sowie thermodynamischer Kreislauf |
| CN101552488B (zh) * | 2008-04-03 | 2011-01-26 | 苏庆泉 | 备用电源系统及其供电方法 |
| WO2009155754A1 (zh) * | 2008-06-24 | 2009-12-30 | Guan Li | 一种用于微冷凝发电的汽水往复加热、冷却内循环泵系给水装置 |
| ES2785208T3 (es) * | 2008-06-25 | 2020-10-06 | Siemens Ag | Sistema de almacenamiento de energía y método para almacenar y suministrar energía |
| ITMI20090039A1 (it) * | 2009-01-19 | 2010-07-20 | Franco Finocchiaro | Procedimento e sistema per la generazione di energia utilizzante sorgenti di calore liquide e o gassose a bordo di unita navali |
| DE102009034580A1 (de) | 2009-07-24 | 2011-02-03 | Mtu Onsite Energy Gmbh | Einrichtung zur Bereitstellung von Energie |
| US20110100009A1 (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-05 | Nuovo Pignone S.P.A. | Heat Exchanger for Direct Evaporation in Organic Rankine Cycle Systems and Method |
| US8418466B1 (en) * | 2009-12-23 | 2013-04-16 | David Hardgrave | Thermodynamic amplifier cycle system and method |
| US20120006024A1 (en) * | 2010-07-09 | 2012-01-12 | Energent Corporation | Multi-component two-phase power cycle |
| US9638175B2 (en) * | 2012-10-18 | 2017-05-02 | Alexander I. Kalina | Power systems utilizing two or more heat source streams and methods for making and using same |
| DE102013227061A1 (de) * | 2013-12-23 | 2015-06-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Abtrennung von Wasser aus einem Wasser enthaltenden Fluidgemisch |
| CN104454053A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-03-25 | 天津大学 | 一种高效的氨水发电系统 |
| CN104929708B (zh) * | 2015-06-24 | 2016-09-21 | 张高佐 | 一种利用混合组分工质的低温热源热电转换系统及方法 |
| US9745871B2 (en) * | 2015-08-24 | 2017-08-29 | Saudi Arabian Oil Company | Kalina cycle based conversion of gas processing plant waste heat into power |
| US10113448B2 (en) * | 2015-08-24 | 2018-10-30 | Saudi Arabian Oil Company | Organic Rankine cycle based conversion of gas processing plant waste heat into power |
| CN105888757B (zh) * | 2016-06-23 | 2017-04-12 | 中国石油大学(华东) | 一种闭式循环发电装置 |
| DE102017125355B3 (de) * | 2017-10-29 | 2019-01-10 | Carmen Lindner | Verfahren und Anordnung zur Umwandlung von Wärme in kinetische Energie |
| SE541522C2 (en) * | 2018-02-05 | 2019-10-29 | Climeon Ab | System and method for waste heat recovery in steel production facilities |
| BE1026296B9 (nl) * | 2018-05-23 | 2020-02-24 | Bart Gios | Absorptiesysteem met gesloten cyclus en werkwijze voor het afkoelen en genereren van stroom |
| CN109139160A (zh) * | 2018-09-17 | 2019-01-04 | 上海柯来浦能源科技有限公司 | 一种氢气混合工质发电系统 |
| GB2581770B (en) * | 2019-01-14 | 2023-01-18 | Gas Expansion Motors Ltd | Engine |
| DE102019207957A1 (de) * | 2019-05-29 | 2020-12-03 | Thyssenkrupp Ag | Vorrichtung und Verfahren zur Nutzung von Niedertemperaturwärme durch Auskoppeln der Niedertemperaturwärme aus Prozessgas sowie Verwendung |
| US11187212B1 (en) | 2021-04-02 | 2021-11-30 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Methods for generating geothermal power in an organic Rankine cycle operation during hydrocarbon production based on working fluid temperature |
| US11359576B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-06-14 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods utilizing gas temperature as a power source |
| US11644015B2 (en) | 2021-04-02 | 2023-05-09 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig |
| 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 |
| US11480074B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-10-25 | 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 |
| 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 |
| 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 |
| HUP2200394A1 (hu) | 2022-10-04 | 2024-04-28 | Balazs Szabo | Hõerõmû |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU375452A1 (ru) | 1971-04-21 | 1973-03-23 | Геотермальная энергетнческая установка | |
| JPH0794815B2 (ja) * | 1993-09-22 | 1995-10-11 | 佐賀大学長 | 温度差発電装置 |
| US5440882A (en) | 1993-11-03 | 1995-08-15 | Exergy, Inc. | Method and apparatus for converting heat from geothermal liquid and geothermal steam to electric power |
| JP3011669B2 (ja) | 1997-01-21 | 2000-02-21 | 株式会社東芝 | 混合媒体サイクル発電システム |
| US5953918A (en) | 1998-02-05 | 1999-09-21 | Exergy, Inc. | Method and apparatus of converting heat to useful energy |
| JP3091860B1 (ja) | 1999-05-31 | 2000-09-25 | 春男 上原 | 吸収器 |
| US6829895B2 (en) * | 2002-09-12 | 2004-12-14 | Kalex, Llc | Geothermal system |
| US6820421B2 (en) | 2002-09-23 | 2004-11-23 | Kalex, Llc | Low temperature geothermal system |
-
2005
- 2005-04-13 PL PL05733568T patent/PL1613841T3/pl unknown
- 2005-04-13 RS RSP-2007/0042A patent/RS50517B/sr unknown
- 2005-04-13 NZ NZ550556A patent/NZ550556A/en unknown
- 2005-04-13 MX MXPA06011948A patent/MXPA06011948A/es active IP Right Grant
- 2005-04-13 RU RU2006140382/06A patent/RU2006140382A/ru unknown
- 2005-04-13 DE DE102005017183A patent/DE102005017183A1/de not_active Ceased
- 2005-04-13 US US10/558,894 patent/US8272217B2/en active Active
- 2005-04-13 CA CA2562836A patent/CA2562836C/en active Active
- 2005-04-13 SI SI200530011T patent/SI1613841T1/sl unknown
- 2005-04-13 DE DE502005000242T patent/DE502005000242D1/de active Active
- 2005-04-13 ME MEP-2008-818A patent/ME01101B/me unknown
- 2005-04-13 AT AT05733568T patent/ATE348946T1/de active
- 2005-04-13 DK DK05733568T patent/DK1613841T3/da active
- 2005-04-13 AU AU2005233321A patent/AU2005233321B2/en active Active
- 2005-04-13 WO PCT/EP2005/051617 patent/WO2005100755A1/de active Application Filing
- 2005-04-13 PT PT05733568T patent/PT1613841E/pt unknown
- 2005-04-13 CN CN2005800113333A patent/CN1993536B/zh active Active
- 2005-04-13 EP EP05733568A patent/EP1613841B1/de active Active
- 2005-04-13 ES ES05733568T patent/ES2278377T3/es active Active
-
2006
- 2006-11-16 NO NO20065267A patent/NO324542B1/no not_active IP Right Cessation
-
2007
- 2007-02-09 CY CY20071100176T patent/CY1106002T1/el unknown
- 2007-03-05 HR HR20070089T patent/HRP20070089T3/xx unknown
-
2010
- 2010-02-03 RU RU2010103664/22U patent/RU95358U1/ru active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1613841A1 (de) | 2006-01-11 |
| WO2005100755A1 (de) | 2005-10-27 |
| SI1613841T1 (sl) | 2007-06-30 |
| ME01101B (me) | 2013-03-20 |
| AU2005233321A1 (en) | 2005-10-27 |
| US8272217B2 (en) | 2012-09-25 |
| CN1993536B (zh) | 2011-09-14 |
| ATE348946T1 (de) | 2007-01-15 |
| DE102005017183A1 (de) | 2005-12-01 |
| RU2006140382A (ru) | 2008-05-27 |
| MXPA06011948A (es) | 2007-01-16 |
| CN1993536A (zh) | 2007-07-04 |
| CA2562836C (en) | 2010-03-23 |
| DE502005000242D1 (de) | 2007-02-01 |
| NO20065267L (no) | 2006-11-16 |
| EP1613841B1 (de) | 2006-12-20 |
| PL1613841T3 (pl) | 2007-05-31 |
| HRP20070089T3 (en) | 2007-05-31 |
| NO324542B1 (no) | 2007-11-19 |
| NZ550556A (en) | 2011-01-28 |
| CA2562836A1 (en) | 2005-10-27 |
| CY1106002T1 (el) | 2011-04-06 |
| DK1613841T3 (da) | 2007-04-30 |
| ES2278377T3 (es) | 2007-08-01 |
| RU95358U1 (ru) | 2010-06-27 |
| AU2005233321B2 (en) | 2009-07-16 |
| RS50517B (sr) | 2010-05-07 |
| US20070022753A1 (en) | 2007-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| PT1613841E (pt) | Processo e dispositivo de realização de um ciclo termodinâmico | |
| CA2713799C (en) | Method for operating a thermodynamic circuit, as well as a thermodynamic circuit | |
| US7340897B2 (en) | Method of and apparatus for producing power from a heat source | |
| ES2332134T3 (es) | Procedimiento y dispositivo para la ejecucion de un ciclo termodinamico. | |
| BRPI1003490B1 (pt) | sistema de ciclo rankine e método | |
| WO2015019886A1 (ja) | 廃熱回収装置 | |
| AU2011225700B2 (en) | Improved thermodynamic cycle | |
| RU2785178C1 (ru) | Двухконтурная энергетическая установка | |
| RU2562745C1 (ru) | Способ утилизации тепловой энергии, вырабатываемой тепловой электрической станцией | |
| RU2686541C1 (ru) | Парогазовая установка | |
| RU2569292C1 (ru) | Способ утилизации тепловой энергии, вырабатываемой тепловой электрической станцией | |
| BR102015002645A2 (pt) | sistema, processo e uso de sistema para reaproveitamento de energia térmica proveniente de uma fonte de calor | |
| RU2562736C1 (ru) | Способ утилизации тепловой энергии, вырабатываемой тепловой электрической станцией | |
| RU2562737C1 (ru) | Способ утилизации тепловой энергии, варабатываемой тепловой электрической станцией | |
| RU2560605C1 (ru) | Способ работы тепловой электрической станции | |
| RU2560613C1 (ru) | Способ работы тепловой электрической станции | |
| RU2562506C2 (ru) | Способ работы тепловой электрической станции | |
| Mikielewicz et al. | Management of low-temperature heat source by ORC aided by additional heat source |