RU2747815C2 - Способ и устройство для производства электрической энергии и холода с использованием низкопотенциальных тепловых источников - Google Patents

Способ и устройство для производства электрической энергии и холода с использованием низкопотенциальных тепловых источников Download PDF

Info

Publication number
RU2747815C2
RU2747815C2 RU2015156984A RU2015156984A RU2747815C2 RU 2747815 C2 RU2747815 C2 RU 2747815C2 RU 2015156984 A RU2015156984 A RU 2015156984A RU 2015156984 A RU2015156984 A RU 2015156984A RU 2747815 C2 RU2747815 C2 RU 2747815C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solution
pressure
evaporation
turbine
absorber
Prior art date
Application number
RU2015156984A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015156984A (ru
RU2015156984A3 (ru
Inventor
Игорь Исаакович Самхан
Original Assignee
Игорь Исаакович Самхан
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
Application filed by Игорь Исаакович Самхан filed Critical Игорь Исаакович Самхан
Priority to RU2015156984A priority Critical patent/RU2747815C2/ru
Priority to PCT/RU2016/000231 priority patent/WO2017116276A1/ru
Priority to CA3047427A priority patent/CA3047427C/en
Priority to US15/780,531 priority patent/US10712057B2/en
Publication of RU2015156984A publication Critical patent/RU2015156984A/ru
Publication of RU2015156984A3 publication Critical patent/RU2015156984A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2747815C2 publication Critical patent/RU2747815C2/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F25B29/006—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the sorption type system
    • 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
    • F01K1/00—Steam accumulators
    • 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
    • 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
    • F01K25/08—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 special vapours
    • F01K25/10—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 special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B15/00—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type
    • F25B15/02—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type without inert gas
    • F25B15/04—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type without inert gas the refrigerant being ammonia evaporated from aqueous solution
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/06—Heat pumps characterised by the source of low potential heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2315/00—Sorption refrigeration cycles or details thereof
    • F25B2315/005—Regeneration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/02—Centrifugal separation of gas, liquid or oil
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04—Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0411—Refrigeration circuit bypassing means for the expansion valve or capillary tube
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/14—Power generation using energy from the expansion of the refrigerant
    • 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
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/62—Absorption based systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Изобретение относится к производству электрической энергии и холода. Способ включает выпаривание раствора высокой концентрации при его нагревании с образованием потоков пара хладагента и слабого раствора повышенной температуры и давления, использование потока пара хладагента в турбине с электрогенератором с образованием на выходе из турбины отработанного пара пониженной температуры и давления, снижение температуры и давления слабого раствора, абсорбцию отработанного пара охлаждаемым слабым раствором с образованием крепкого раствора, повышение давления крепкого раствора и подачу раствора для выпаривания. Крепкий раствор разделяется на потоки повышенной концентрации абсорбента и потоки повышенной концентрации хладагента, первые из которых используются в качестве слабого раствора в процессе абсорбции, а вторые после дополнительного повышения давления и температуры используются в процессе выпаривания в качестве раствора высокой концентрации. Охлаждение внешних объектов выполняется путем их теплообмена с отработанным паром пониженной температуры. Изобретение позволит повысить эффективность систем для производства электрической энергии. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности, к процессам производства механической или электрической энергии и холода путем преобразования тепловой энергии сравнительно низкого температурного уровня.
Известен органический цикл Ренкина с использованием в качестве рабочего тела низкокипящих теплоносителей, называемый также Organic Rankin Cycle или ORC, [1], широко применяемый в настоящее время для производства электрической энергии при наличии низкопотенциальных тепловых источников. Такой цикл включает испарение рабочей среды, называемой также хладагентом, при повышенном давлении и температуре, расширение пара в машинах для его расширения, таких как турбины, детандеры или тепловые двигатели, с производством электрической энергии, конденсацию отработанного пара после турбины при температуре большей температурного уровня окружающей среды, повышение давления образовавшегося конденсата хладагента с дальнейшим его нагреванием и испарением. В этом цикле рабочая среда - это однокомпонентное вещество с постоянными температурами кипения и конденсации, при этом тепловая энергия, выделяющаяся при конденсации, отводится в окружающую среду, а в качестве аппаратов для расширения пара используются различного типа детандеры, различного типа тепловые двигатели и турбины.
Недостатком способа является его сравнительно низкая эффективность по электроэнергии и невозможность производства холода.
Известен также цикл Калины [2], также используемый для преобразования тепловой энергии в электрической энергию, называемую также работой. В этом цикле рабочей средой является двухкомпонентная смесь, состоящая из низкокипящего хладагента и высококипящего абсорбента.
В этом способе крепкий раствор, представляющий, как правило, водоаммиачную смесь (NH3+H2O), выпаривается в процессе нагревания при повышенной температуре и повышенном давлении, разделяясь при этом на поток пара с повышенным содержанием хладагента и поток слабого раствора с пониженным содержанием хладагента.
Затем, поток пара расширяется в машине для его расширения, например, в поршневом, роторном детандере или турбодетандере, до температур, больших температурного уровня окружающей среды, после чего он смешивается с потоком слабого раствора и конденсируется. При этом теплота, выделяющаяся в процессе конденсации, отводится в окружающую среду в качестве тепловых отходов.
Кроме того, известен способ [3] для генерирования электрической энергии и холода при использовании низкопотенциальных тепловых источников, который выбран здесь в качестве аналога, т.к. он совпадает по цели с предлагаемым изобретением и наиболее близок к нему по совокупности признаков.
В этом способе, в отличии от способа [2], пар, образующийся при выпаривания крепкого раствора, расширяется в детандере, называемого далее турбиной, с производством электроэнергии, называемой также работой, до температур, меньших температурного уровня окружающей среды. Отработанный пар после турбины, имеющий сравнительно низкую температуру, используется для охлаждения внешних объектов, и затем абсорбируется слабым раствором с образованием крепкого раствора. При этом теплота, выделяющаяся в процессе конденсации, отводится в окружающую среду в качестве тепловых отходов.
Известно устройство для генерации электричества и холода при использовании низкопотенциальных тепловых источников [3], включающее замкнутый контур для циркуляции рабочей среды с установленными в нем сепаратором, турбиной с электрогенератором, абсорбером, насосом, внешним охладителем и парогенератором, называемым также бойлером, подключенным к источнику теплоты повышенной температуры.
Целью предлагаемого изобретения является дальнейшее повышение эффективности производства электрической энергии и холода при использовании возобновляемых или вторичных тепловых источников.
Указанная цель достигается тем, что в способе производства электрической энергии и холода с использованием низкопотенциальных тепловых источников, включающем
- циркуляцию раствора хладагента и абсорбента при его периодическом нагревании и охлаждении,
- выпаривание раствора высокой концентрации при его нагревании с образованием потоков пара хладагента и слабого раствора повышенной температуры и давления,
- использование образовавшегося при выпаривании потока пара хладагента в турбине с образованием на выходе из турбины отработанного пара пониженной температуры и давления,
- снижение температуры и давления слабого раствора,
- абсорбцию, называемую также поглощениям, отработанного пара охлаждаемым слабым раствором с образованием крепкого раствора,
- повышение давления крепкого раствора и подачу раствора для выпаривания, крепкий раствор разделяется на потоки с пониженной концентрацией хладагента и потоки с повышенной концентрацией хладагента, причем первые из которых используются в качестве слабого раствора в процессе абсорбции, а вторые после дополнительного повышения давления и температуры используются в процессе выпаривания в качестве раствора высокой концентрации.
Кроме того, особенностями предлагаемого способа, приводящими к получению технического результата, являются:
- разделение крепкого раствор проводится фильтрацией с использованием полупроницаемой мембраны, методов электродиализа или центрифугирования;
- использование потенциальной энергии слабого раствора в эжекторе для повышения давления хладагента в процессе абсорбции;
- нагревание раствор высокой концентрации перед его выпариванием слабым раствором, образующимся в процессе выпаривания;
- использование для фильтрации крепкого раствора мембран с селективностью не более 0,75;
- смешение раствора высокой концентрации, образующемся в процессе фильтрации, и слабого раствора, образовавшегося в процессе выпаривания;
- применение в качестве абсорбента смеси компонентов, различающихся своей способностью прохождения через полупроницаемую мембрану.
- использование отработанного пара для охлаждения внешних объектов.
В устройстве для производства электрической энергии и холода, включающем
- замкнутый контур движения раствора с расположенными в нем последовательно абсорбером, насосом, теплообменником растворов, генератором пара и сепаратором, подключенным в цикле движения раствора как к генератору пара, так и к абсорберу,
- и турбину с электрогенератором, подключенную на входе к сепаратору для подачи пара и к абсорберу на выходе из турбины,
дополнительно установлены фильтрующие элементы, подключенные с одной стороны к абсорберу для подачи к ним крепкого раствора и возвращения в абсорбер слабого раствора,
а с другой стороны к генератору пара с возможностью подачи в него раствора более высокой концентрации, пропускаемого фильтрующими элементами.
Другими отличительными особенностями предлагаемого устройства являются:
- подключение сепаратора к фильтрующим элементам с возможностью подачи в них слабого раствора;
- установка в контуре между генератором пара и фильтрующими элементами дополнительного насоса и рекуперативного теплообменного растворов;
- установка между турбиной и абсорбером парожидкостного эжектора;
- использование в качестве фильтрующих элементов мембраны для нано фильтрации, в качестве турбины детандеров или тепловых двигателей;
- установка регулирующего клапана и/или расширительного, иначе, дроссельного, вентиля между сепаратором и фильтрующими элементами.
Сущность предлагаемого способа поясняется принципиальной схемой установки для производства (генерации) электрической энергии и холода, которое представлено на Фиг. 1.
Такое устройство включает:
1 - генератор пара, называемым также бойлером, 2 - сепаратор,
3 - турбину с электрогенератором,
4 - абсорбер, 5 - насос,
6 - фильтрующие элементы, т.е. полупроницаемые мембраны,
7 - дополнительный насос, 8 - теплообменник растворов,
9- эжектор, 10 - регулирующий клапан,
11 - расширительные, или иначе, дроссельные вентили.
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.
В генераторе пара 1 раствор высокой концентрации нагревается, разделяясь при этом на потоки пара хладагента и слабого раствора.
Из генератора 1 потоки пара и слабого раствора поступают в сепаратор 2, где происходит более полное разделение пара и жидкости.
Далее поток пара направляется в турбину 3, где он расширяется с производством работы. После турбины отработанный пар поступает в абсорбер 4 либо непосредственно, либо с его предварительным нагреванием в процессе теплообмена с охлаждаемыми внешними объектами.
В свою очередь поток слабого раствора, выходящий из сепаратора или генератора пара, предварительно охлаждается в рекуперативном теплообменнике растворов 8 и после снижения его давления в расширительном вентиле 11 также поступает в абсорбер 4.
В абсорбер 4 отработанный пар поглощается слабым раствором с образованием крепкого раствора. Выделяющаяся в процессе абсорбции тепловая энергия отводится внешним теплоносителем.
Далее, крепкий раствор после повышения его давления насосом 5 разделяется с помощью фильтрующих элементов 6 на потоки с различной концентрацией хладагента и абсорбента.
Один из этих потоков, не прошедший через мембрану, имеет меньшую концентрацию хладагента и после снижения его давления в расширительном вентиле 11 или эжекторе 9 используется в процессе абсорбции в качестве слабого раствора.
Другой поток, прошедший через фильтрующие элементы, имеет сравнительно большую концентрацию хладагента и подается далее в генератор пара 1, где используется в процессе выпаривания в качестве раствора высокой концентрации.
Перед генератором пара, давление и температура раствора высокой концентрации предварительно повышается с помощью насоса 7 и рекуперативного теплообменника растворов 8 соответственно.
В этом способе предусматривается также возможность подачи слабого раствора из генератора пара или сепаратора не только на стадию абсорбции, но также и на стадию фильтрации. В этом случае, слабый раствор из сепаратора подается к мембране со стороны раствора высокой концентрации, пропускаемого мембраной. При этом оба потока смешивается. Для регулирования подачи слабого раствора, образующегося в генераторе пара, в этом случае служит регулирующий клапан 10.
Такой технологический прием позволяет в ряде случаев снизить разность осмотических давлений растворов перед и после мембраны.
Кроме того, для снижения осмотического давления крепкого раствора до сравнительно небольших значений, примерно 5-10 бар, в способе предлагается использование преимущественно полупроницаемых мембран для нанофильтрации или ультрафильтрации, например, таких как нанофильтрационные мембран серии ESNA, характеризуемых сравнительно низким рабочим давлением, около 5 бар, и селективностью примерно 60-80%, или мембраны ОПНМ, выпускаемые серийно [4].
Вместе с тем, в этом случае могут применяться также и обратноосмотические мембраны, т.к. возникающее в этом способе осмотическое давление можно регулировать в широких пределах выбором полупроницаемых мембран сравнительно низкой селективности, например, 30-70%, как это показано в [5].
Более того, двух стадийное изменение концентрации крепкого раствора, предлагаемое в этом способе, делает привлекательным применение фильтрации также и методов электродиализа [6] или шокового электродиализа [7], что способствует снижению габаритных размеров системы.
Предлагаемый способ может быть реализован с использованием известных рабочих сред, рассматриваемых в абсорбционных циклах рефрижераторов и тепловых двигателей.
В частности, в качестве хладагентов целесообразно использовать вещества с сравнительно никой температурой кипения, например, такие как метанол (СН3ОН), вода (H2O), аммиак (NH3), R134a, R245fa и др., а также их смеси.
В качестве абсорбентов целесообразно использование растворителей, имеющих сравнительно большую молекулярную массу, примерно более 100 D, и сравнительно высокую нормальную температуру кипения, примерно более 150°С. К таким абсорбентам относятся ТЭГ, или иначе триэтиленгликоль, ПЭГ-300, иначе, полиэтиленгликоль, ионные жидкости [8], ДМЭ-ТЭГ, иначе, диметиловый эфир тетраэтиленгликоля, и др. известные абсорбенты.
Некоторые характерные показатели предлагаемого способа с применением раствора метанола (СН3ОН) и ионной жидкости [MMIm]DMP (C7H15N2O4P), приведены в Табл. 1.
Эта ионная жидкость [MMIm]DMP (или 1-Methyl-3-methylimidazolium dimethylphosphate) имеет молекулярный вес 222.179 г/моль, регистрационный номер CAS-RN: 654058-04-5 и рекомендуется для применения в современных абсорбционных рефрижераторах [8].
Figure 00000001
Предлагаемый способ позволяет существенно повысить эффективность генерации электроэнергии и холода по сравнению с другими аналогичными способами.
В частности, эффективность таких циклов может превышать максимальное значение этого показателя, допустимое сегодня в соответствующих циклах Карно, т.к. в этом случаи правила равновесной термодинамики выполняются недостаточно строго из-за термодинамических особенностей абсорбционных систем.
Использованные источники:
1. Г.В. Белов, М.А. Дорохова. Органический цикл Ренкина и его применение в альтернативной энергетике. НАУКА и ОБРАВАНИЕ, Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана, №2, 2014. Стр. 99-124. http://lechnomag.bmstu.ru/doc/699165.html
2. A. Kalina, R. Pelletier. Method and Apparatus of Converting Heat to Useful Energy. US Patent #5953918. 09.21.1999
3. И.И. Самхан. Способ и устройство для преобразования тепловой энергии в электричество, теплоту повышенного потенциала и холод. Патент №RU 2529917 С2, Пуб. 10.10.2014
4. В.Л. Кудряшов, И.И. Бурачевский, В.П. Дубяга и др.. Современные отечественные конкурентоспособные обратноосмотические, нанофильтрационные и микро-фильтрационные мембранные элементы, установки и технологии для ликероводочной и спиртовой промышленности, Серия. Критические технологии. Мембраны, 2004, №3 (23), с. 158-178.
5. Н.В. Чураев Физикохимия процессов массопереноса в пористых телах. М.: Химия, 1990, с. 98.
(Churaev N.V. Liquid and Vapour Flows in Porous Bodies: Surface Phenomena. 2000, page 103.)
6. Мембранные технологии, http://www.mtlt.lt
7. D. Deng, W. Aouad, W. Braff, S. Schlumpberger and other. Water purification by shock electrodialysis: Deionization, filtration, separation, and disinfection. Desalination 357, (2015) 77-83, journal homepage: www.elsevier.com/locate/desal
8. M. Khamooshi, K. Parham, and U. Atikol. Overview of Ionic Liquids Used as Working Fluids in Absorption Cycles. Hindawi Publishing Corporation, Advances in Mechanical Engineering, me 2013; Article ID 620592: 1-7

Claims (24)

1. Способ производства электрической энергии и холода с использованием низкопотенциальных тепловых источников, включающий
- циркуляцию раствора, состоящего из хладагента и абсорбента, при его периодическом нагревании и охлаждении,
- выпаривание раствора высокой концентрации при его нагревании с образованием потоков пара хладагента и слабого раствора повышенной температуры и давления,
- использование потока пара хладагента, образовавшегося при выпаривании, в турбине с электрогенератором с образованием на выходе из турбины отработанного пара пониженной температуры и давления,
- снижение температуры и давления слабого раствора,
- абсорбцию (поглощение) отработанного пара охлаждаемым слабым раствором с образованием крепкого раствора,
- повышение давления крепкого раствора и подачу раствора для выпаривания, отличающийся тем, что
крепкий раствор разделяется на потоки повышенной концентрации абсорбента и потоки повышенной концентрации хладагента, первые из которых используются в качестве слабого раствора в процессе абсорбции, а вторые после дополнительного повышения давления и температуры используются в процессе выпаривания в качестве раствора высокой концентрации, причем охлаждение внешних объектов выполняется путем их теплообмена с отработанным паром пониженной температуры.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разделение крепкого раствора на потоки с различной концентрацией осуществляется за счет его фильтрации с применением полупроницаемых мембран, использования электродиализа.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что раствор высокой концентрации, подаваемый для выпаривания, нагревается, а слабый раствор, образующийся в процессе выпаривания, охлаждается за счет рекуперативного теплообмена между этими потоками.
4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что для фильтрации крепкого раствора используются мембраны с селективностью не более 0,75.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слабый раствор, образовавший в процессе выпаривания, после понижения его давления и температуры смешивается с раствором высокой концентрации, образующемся в процессе фильтрации.
6. Способ п. 1, отличающийся тем, что в качестве абсорбента применяются смеси компонентов, различающиеся своей способностью прохождения (проницаемостью) через полупроницаемую мембрану.
7. Устройство для производства электрической энергии и холода, включающее
- замкнутый контур движения раствора с расположенными в нем последовательно абсорбером, насосом, теплообменником растворов, генератором пара и сепаратором, подключенным в контуре движения раствора как к генератору пара, так и к абсорберу с терморегулирующим вентилем,
- и турбину с электрогенератором, подключенную на входе к сепаратору для подачи пара и к абсорберу на выходе из турбины,
отличающийся тем, что
- в контуре движения раствора между абсорбером и генератором пара установлены фильтрующие элементы, подключенные с одной стороны к абсорберу с возможностью подачи к фильтрующим элементам крепкого раствора и возвращения в абсорбер слабого раствора,
а с другой стороны к генератору пара с возможностью поступления в него раствора более высокой концентрации, пропускаемого фильтрующими элементами,
после фильтрующих элементов установлен дополнительный насос, а рекуперативный теплообменник растворов установлен между дополнительным насосом и генератором пара,
причем охлаждение внешних объектов достигается путем теплообмена с отработанным паром.
8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что сепаратор на выходе слабого раствора подключен с помощью регулировочного клапана и дополнительного расширительного вентиля к фильтрующим элементам для ввода в него слабого раствора.
9. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что между турбиной и абсорбером установлен парожидкостный эжектор.
10. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что в качестве фильтрующих элементов используются мембраны для нанофильтрации.
RU2015156984A 2015-12-29 2015-12-29 Способ и устройство для производства электрической энергии и холода с использованием низкопотенциальных тепловых источников RU2747815C2 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015156984A RU2747815C2 (ru) 2015-12-29 2015-12-29 Способ и устройство для производства электрической энергии и холода с использованием низкопотенциальных тепловых источников
PCT/RU2016/000231 WO2017116276A1 (ru) 2015-12-29 2016-04-21 Способ и устройство для производства электрической энергии и холода
CA3047427A CA3047427C (en) 2015-12-29 2016-04-21 Method and device for generating electricity and cold
US15/780,531 US10712057B2 (en) 2015-12-29 2016-04-21 Method and device for generation of electric power and cold using low-potential heat sources

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015156984A RU2747815C2 (ru) 2015-12-29 2015-12-29 Способ и устройство для производства электрической энергии и холода с использованием низкопотенциальных тепловых источников

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2015156984A RU2015156984A (ru) 2017-07-04
RU2015156984A3 RU2015156984A3 (ru) 2019-10-07
RU2747815C2 true RU2747815C2 (ru) 2021-05-14

Family

ID=59225057

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015156984A RU2747815C2 (ru) 2015-12-29 2015-12-29 Способ и устройство для производства электрической энергии и холода с использованием низкопотенциальных тепловых источников

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10712057B2 (ru)
CA (1) CA3047427C (ru)
RU (1) RU2747815C2 (ru)
WO (1) WO2017116276A1 (ru)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108917224B (zh) * 2018-07-09 2023-10-13 北京科技大学 一种用于低品位热源发电的复合热力循环系统
CN112412560A (zh) * 2020-10-28 2021-02-26 北京工业大学 一种基于单螺杆膨胀机的卡琳娜循环系统
CN113149129A (zh) * 2020-11-04 2021-07-23 张学文 离心力场下渐进式约束的热驱动溶液分离方法及装置
CN113154717A (zh) * 2020-11-04 2021-07-23 张学文 无补偿吸收式制冷循环方法
CN112923596B (zh) * 2020-11-04 2023-01-13 张学文 单一热源的热机动力循环方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5127234A (en) * 1991-08-02 1992-07-07 Gas Research Institute Combined absorption cooling/heating
US7350372B2 (en) * 2003-10-27 2008-04-01 Wells David N System and method for selective heating and cooling
CN102878603A (zh) * 2012-10-30 2013-01-16 哈尔滨工业大学 燃气-蒸汽循环联合双级耦合热泵供暖装置
CN103161528A (zh) * 2013-03-07 2013-06-19 中国科学院工程热物理研究所 回收工质有效成分制冷的功冷联产系统及方法
RU2529917C2 (ru) * 2007-05-18 2014-10-10 Игорь Исаакович Самхан Способ и устройство для преобразования тепловой энергии в электричество, теплоту повышенного потенциала и холод

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4691522A (en) * 1983-04-18 1987-09-08 Brown Ii William G Solar power generation
ES8607515A1 (es) * 1985-01-10 1986-06-16 Mendoza Rosado Serafin Modificaciones de un proceso termodinamico de aproximacion practica al ciclo de carnot para aplicaciones especiales
US4918937A (en) * 1989-05-30 1990-04-24 Fineblum Solomon S Hybrid thermal powered and engine powered automobile air conditioning system
US5237839A (en) * 1992-05-22 1993-08-24 Gas Research Institute Gas absorber and refrigeration system using same
US5953918A (en) 1998-02-05 1999-09-21 Exergy, Inc. Method and apparatus of converting heat to useful energy
US9429046B2 (en) * 2011-03-22 2016-08-30 Climeon Ab Method for conversion of low temperature heat to electricity and cooling, and system therefore

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5127234A (en) * 1991-08-02 1992-07-07 Gas Research Institute Combined absorption cooling/heating
US7350372B2 (en) * 2003-10-27 2008-04-01 Wells David N System and method for selective heating and cooling
RU2529917C2 (ru) * 2007-05-18 2014-10-10 Игорь Исаакович Самхан Способ и устройство для преобразования тепловой энергии в электричество, теплоту повышенного потенциала и холод
CN102878603A (zh) * 2012-10-30 2013-01-16 哈尔滨工业大学 燃气-蒸汽循环联合双级耦合热泵供暖装置
CN103161528A (zh) * 2013-03-07 2013-06-19 中国科学院工程热物理研究所 回收工质有效成分制冷的功冷联产系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20180363957A1 (en) 2018-12-20
CA3047427C (en) 2021-05-04
US10712057B2 (en) 2020-07-14
RU2015156984A (ru) 2017-07-04
WO2017116276A1 (ru) 2017-07-06
RU2015156984A3 (ru) 2019-10-07
CA3047427A1 (en) 2017-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2747815C2 (ru) Способ и устройство для производства электрической энергии и холода с использованием низкопотенциальных тепловых источников
US6539718B2 (en) Method of and apparatus for producing power and desalinated water
CA1123617A (en) Power generation by exchange of latent heats of phase transition
US7021060B1 (en) Power cycle and system for utilizing moderate temperature heat sources
US20100192575A1 (en) Process and systems
KR100628282B1 (ko) 통합 가스화 시스템 내에서 저급열을 냉각 부하로변환하는 방법 및 장치
US20060010870A1 (en) Efficient conversion of heat to useful energy
RU2529917C2 (ru) Способ и устройство для преобразования тепловой энергии в электричество, теплоту повышенного потенциала и холод
US20130264185A1 (en) Method and Means of Production Water Desalination
Nihill et al. Investigating the prospects of water desalination using a thermal water pump coupled with reverse osmosis membrane
Bahar et al. Desalination: conversion of seawater to freshwater
CN103437840B (zh) 一种渗透增压热功转换循环装置
US11407659B1 (en) Desalination and cooling system
WO2022216921A1 (en) Systems and methods for solar thermal osmosis desalination
Wu et al. Analysis of an evaporator-condenser-separated mechanical vapor compression system
WO2019224209A1 (en) Closed-cycle absorption system and method for cooling and generating power
RU140881U1 (ru) Тепловая электрическая станция
RU2552481C1 (ru) Способ работы тепловой электрической станции
CA2570654C (en) Efficient conversion of heat to useful energy
RU2570961C2 (ru) Способ работы тепловой электрической станции
Govindasamy et al. Combined Power, Cooling And Desalination Using Natural Refrigerant Powered By Low-Grade Heat Source
Rudiyanto et al. Exergy analysis on LiBr-H2O absorption refrigeration system using membrane for regeneration process
RU2560509C1 (ru) Способ работы тепловой электрической станции
RU2560514C1 (ru) Способ работы тепловой электрической станции
Snoussi et al. Second-Law Analysis of a Double-Effect Evaporator with Thermal Vapor Compression

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201230