SE463372B - PROCEDURE FOR CONVERSION OF THERMAL ENERGY TO MECHANICAL ENERGY - Google Patents
PROCEDURE FOR CONVERSION OF THERMAL ENERGY TO MECHANICAL ENERGYInfo
- Publication number
- SE463372B SE463372B SE8901099A SE8901099A SE463372B SE 463372 B SE463372 B SE 463372B SE 8901099 A SE8901099 A SE 8901099A SE 8901099 A SE8901099 A SE 8901099A SE 463372 B SE463372 B SE 463372B
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- working medium
- liquid
- hydrophilic
- hydrophilic liquid
- water
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 21
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 12
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 7
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N sec-butylidene Natural products CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N isobutane Chemical compound CC(C)C NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000005501 phase interface Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001338 aliphatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 1
- 239000001282 iso-butane Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009972 noncorrosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 1
- 238000013022 venting Methods 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
- F01K21/00—Steam engine plants not otherwise provided for
- F01K21/005—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of liquid and steam or evaporation of a liquid by expansion
-
- 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
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)
Description
465 372 2 överföring därifrån, att arbetsmedieångan expanderas i en turbin, och att den expanderade arbetsmedieångan kondenseras. 465 372 2 transfer therefrom, that the working medium steam is expanded in a turbine, and that the expanded working medium steam is condensed.
Enligt uppfinningen åstadkommes en process lämpad för utnyttjande av värmen i vätskor, framför allt vatten, vars temperatur ej kan tillåtas sjunka särskilt mycket. Exempel härpå utgör skrubbervatten, använt kylvatten, etc men även varmt ytvatten i havet. Enligt uppfinningen undviks dyra och otympliga förångarkonstruktioner. Ovannämnda syften uppnås genom att en hydrofil vätska, exempelvis vatten, blandas med ett hydrofobt arbetsmedium, exempelvis normalbutan, som är kemiskt och fysikaliskt inert i närvaro av den hydrofila vätskan. Blandningen inleds därefter i. en förångningskammare där arbetsmediet bringas att koka, varvid värme tas upp från den hydrofila vätskan medelst direkt värmeöverföring därifrån.According to the invention, a process suitable for utilizing the heat in liquids, in particular water, is provided, the temperature of which cannot be allowed to drop very much. Examples of this are scrubber water, used cooling water, etc. but also hot surface water in the sea. According to the invention, expensive and cumbersome evaporator constructions are avoided. The above objects are achieved by mixing a hydrophilic liquid, for example water, with a hydrophobic working medium, for example normal butane, which is chemically and physically inert in the presence of the hydrophilic liquid. The mixing is then initiated in an evaporation chamber where the working medium is brought to a boil, heat being taken up from the hydrophilic liquid by means of direct heat transfer therefrom.
I syfte att erhålla ett effektivt utnyttjande av uppfinningen är det fördelaktigt att blanda styrda mängder av hydrofil vätska och arbetsmedium vid ett sådant tryck att förångning av arbetsmedium undviks. På grund av den styrda blandningen erhålles dessutom gränsytor mellan vätskan och arbetsmediet med en sammanlagd väl definierad storlek, vilket medför att en konstant värmeöverföring erhålles.In order to obtain an efficient use of the invention, it is advantageous to mix controlled amounts of hydrophilic liquid and working medium at such a pressure that evaporation of working medium is avoided. In addition, due to the controlled mixture, interfaces between the liquid and the working medium are obtained with a total well-defined size, which means that a constant heat transfer is obtained.
Genom att det ej finns någon fast yta mellan de två medierna är det fördelaktigt att styra mängden arbetsmedium så att den önskade temperatursänkningen uppnås. Vid användning av skrubbervatten innebär detta ofta 5-10°C, vid användning av havsvatten ofta 1-2°C. Detta innebär inga problem vid före- liggande uppfinning, eftersom en ökning av fasgränsytan för värmeöverföring är mycket billig.Because there is no fixed surface between the two media, it is advantageous to control the amount of working medium so that the desired temperature reduction is achieved. When using scrubber water, this often means 5-10 ° C, when using seawater often 1-2 ° C. This does not pose a problem with the present invention, since an increase in the phase interface for heat transfer is very cheap.
Enligt uppfinningen skall värmekällan, vanligtvis vat- ten, bringas i kontakt med arbetsmediet på sådant sätt att en tillfredsställande stor värmeöverföringsyta från början garan- teras i gränsen mellan de två medierna. Storleken på denna yta måste upprätthållas eftersom värmeöverföringen mellan medierna och därmed arbetsmedieångmängden till turbinen bestäms av storleken hos värmeöverföringsytan. För att utnyttja turbinen på ett effektivt sätt är det väsentligt att arbetsmedie- ångmängden hålls så konstant som möjligt. Detta uppnås genom användning av en statisk blandare som delar de två till- 3 465 372 förda flödena, vätska och arbetsmedium, i allt mindre delar, varvid blandaren arbetar under sådant tryck att förångning und- vikes. En sådan blandare kan bestå av ett cylindriskt rör i vilket ett antal diametralt anordnade plåtar är anordnade efter varandra. Varje plåts vinkelläge i röret varierar längs plåtens längd så att vinkelläget vid utloppsänden är 900 vridet i för- hållande till vinkelläget vid inloppsänden. Eftersom alla plåtarna är likadant monterade kommer inloppsänden hos en plåt att vara anordnad vinkelrätt mot utloppsänden hos föregående plåt. På detta sätt kan man enkelt dela upp flödena så att man får en partikelmängd av arbetsmedium som exempelvis uppgår till mellan 215 och 250 mediets senare förångning uppstår sådana ångvolymer att till- fredsställande omblandning av medierna erhålles för att garan- tera en i. huvudsak fullständig förångning. Med förångaren är det möjligt att arbeta med mycket små temperaturdifferenser mellan de två medierna. Om t ex 1,0oC temperaturdifferens partiklar per ton arbetsmedium. Vid arbets- motsvarar 2-3 m vattenpelare i ångtryck, innebär detta att butans förångning ej kan förhindras i ett vätskeskikt som ligger 1-2 m under vätskeytan.According to the invention, the heat source, usually water, must be brought into contact with the working medium in such a way that a satisfactorily large heat transfer surface is initially guaranteed at the boundary between the two media. The size of this surface must be maintained since the heat transfer between the media and thus the amount of working medium vapor to the turbine is determined by the size of the heat transfer surface. In order to utilize the turbine in an efficient manner, it is essential that the amount of working medium vapor is kept as constant as possible. This is achieved by using a static mixer which divides the two supplied flows, liquid and working medium, into smaller and smaller parts, the mixer operating under such pressure that evaporation is avoided. Such a mixer may consist of a cylindrical tube in which a number of diametrically arranged plates are arranged one after the other. The angular position of each plate in the pipe varies along the length of the plate so that the angular position at the outlet end is 900 rotated in relation to the angular position at the inlet end. Since all the plates are mounted in the same way, the inlet end of a plate will be arranged perpendicular to the outlet end of the previous plate. In this way, the flows can be easily divided so that a particle amount of working medium is obtained which, for example, amounts to between 215 and 250. The later evaporation of the medium such vapor volumes arise that satisfactory mixing of the media is obtained to guarantee a substantially complete evaporation. . With the evaporator it is possible to work with very small temperature differences between the two media. About eg 1.0oC temperature difference particles per ton of working medium. If the work corresponds to 2-3 m of water column in vapor pressure, this means that the evaporation of the butane cannot be prevented in a liquid layer that is 1-2 m below the liquid surface.
Enligt en utföringsform kan förángningskärlet utgöras av en stående cylinder innehållande ytförstorande fyllkroppar eller perforerade plåtar. Även dysor kan användas.According to one embodiment, the evaporation vessel can consist of a standing cylinder containing surface-enlarging filling bodies or perforated plates. Nozzles can also be used.
Med det nu enligt uppfinningen enklare sättet att åstadkomma arbetsmedieånga av passande inloppstryck för tur- biner kan man finna fler applikationer för tekniken enligt uppfinningen än vad som tidigare har varit möjligt. Ett exempel är det fall då man vid våt rökgasrening i ett slutet vatten- system erhåller skrubbervatten, vilket kyles i förångaren. Om avsättning saknas för spillvärme, kan denna värmekälla ut- nyttjas för elproduktion i enlighet med uppfinningen, dvs genom expansion av arbetsmedieångan i en turbin. Det nedkylda skrubbervattnet återföres till skrubbern, där det ånyo värmes.With the now according to the invention simpler way of producing working medium vapor of suitable inlet pressure for turbines, one can find more applications for the technology according to the invention than has previously been possible. An example is the case when scrubbing water is obtained in wet flue gas cleaning in a closed water system, which is cooled in the evaporator. If there is no provision for waste heat, this heat source can be used for electricity production in accordance with the invention, ie by expanding the working medium steam in a turbine. The cooled scrubber water is returned to the scrubber, where it is heated again.
Enligt uppfinningen kan man även ersätta turbinens kon- densoryta, där man kondenserar den expanderade arbetsmedie- ångan, med kylvatten i en strålkondensor, där vattnet står i direkt kontakt med den expanderade arbetsmedieångan. Efter direktkontakten mellan arbetsmedium och kylvatten separeras de båda faserna gravimetriskt från varandra, varpå kylvattnet 463 572 4 ledes till avlopp, medan det flytande arbetsmediet återgår till förnyad användning i processen.According to the invention, it is also possible to replace the condenser surface of the turbine, where the expanded working medium steam is condensed, with cooling water in a jet condenser, where the water is in direct contact with the expanded working medium steam. After the direct contact between the working medium and the cooling water, the two phases are separated gravimetrically from each other, whereupon the cooling water 463 572 4 is led to a drain, while the liquid working medium returns to reuse in the process.
Som arbetsmedium kan givetvis ett otal substanser tänkas komma till användning. Kriterierna för deras lämplighet är kemisk stabilitet gentemot vatten, obenägenhet att i aktuella temperatur- och tryckområden bilda hydrater, lämplig ångtryckskurva med hänsyn till de aktuella temperaturområden inom vilka expansionsturbinen skall arbeta, låga kostnader och, inte minst, ofarlighet ur utsläppssynpunkt. Det har visat sig att normalbutan, isobutan nl fl alifatiska kolväten uppfyller alla dessa villkor. De är inerta i sitt förhållande till vatten, de har icke visat någon benägenhet att bilda hydrat, de är icke-korrosiva, de har lämpliga ångtryckskurvor med hän- visning till aktuella temperaturområden, och de anses vara ovanligt ofarliga ur utsläppssynpunkt. Genom att använda ett arbetsmedium som kokar vid en temperatur omkring OOC eller därunder undvikes att turbinen blir av onödigt kostsam konstruktion på grund av stora ångvolymer och låga arbetstryck.As a working medium, of course, a myriad of substances can be considered for use. The criteria for their suitability are chemical stability to water, reluctance to form hydrates in current temperature and pressure ranges, suitable vapor pressure curve with regard to the current temperature ranges in which the expansion turbine is to operate, low costs and, not least, harmlessness from an emission point of view. It has been found that normal butane, isobutane or other aliphatic hydrocarbons meet all these conditions. They are inert in relation to water, they have not shown any tendency to form hydrate, they are non-corrosive, they have suitable vapor pressure curves with reference to current temperature ranges, and they are considered unusually harmless from the point of view of emissions. By using a working medium that boils at a temperature around 0OC or below, the turbine is avoided from becoming unnecessarily expensive due to large steam volumes and low working pressures.
En utföringsform av uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till den bifogade ritningen, som schematiskt visar en anläggning för genomförande av förfarandet enligt uppfinningen.An embodiment of the invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawing, which schematically shows a plant for carrying out the method according to the invention.
Varmt vatten, som utgör spillvärmekälla, ledes genom en ledning 5 till en blandare 3. Till blandaren 3 ledes även, geom en ledning 6, huvuddelen av det cirkulerande arbetsmediet (t ex normalbutan) i flytande form. Med hjälp av en ventil 7 avpassas trycket i blandaren så att förångning av arbetsmediet undvikes i blandaren. Genom att välja antalet blandningssteg i den statiska blandaren 3 kan den sammanlagda fasgränsyta genom vilken den initiala värmeövergången sker väljas så att temperaturskillnaden mellan medierna blir önskat liten.Hot water, which is a source of waste heat, is led through a line 5 to a mixer 3. The main part of the circulating working medium (eg normal butane) in liquid form is also led to the mixer 3 via a line 6. By means of a valve 7, the pressure in the mixer is adjusted so that evaporation of the working medium in the mixer is avoided. By selecting the number of mixing steps in the static mixer 3, the total phase interface through which the initial heat transfer takes place can be selected so that the temperature difference between the media is desired to be small.
Blandningen j. blandaren 3 ledes via ventilen 7 in i ett förångningskärl 1 försett med perforerade bottnar 2. Efter expansionsventilen 7 sker ångbildning spontant. Bildad arbets- medieånga tvättas med en mindre mängd flytande arbetsmedium, som tillföres förångningskärlets 1 topp via en rörledning 8.The mixture j. The mixer 3 is led via the valve 7 into an evaporating vessel 1 provided with perforated bottoms 2. After the expansion valve 7, steam formation occurs spontaneously. Formed working medium vapor is washed with a small amount of liquid working medium, which is fed to the top of the evaporating vessel 1 via a pipeline 8.
Arbetsmedieângan tillföres en turbin 10 genom en ledning 9, och i turbinen 10 uträttar arbetsmedieångan arbete, som på figuren 463 372 omvandlas till elektricitet i en generator 11.The working medium steam is supplied to a turbine 10 through a line 9, and in the turbine 10 the working medium steam performs work, which in Fig. 463 372 is converted into electricity in a generator 11.
Efter trycksänkningen i turbinen 10 ledes arbetsmedie- ångan genom en ledning 12 till en strålkondensor 13, där kyl- vatten tillfört genom en ledning 15 finfördelas medelst dysor 14. Avluftning från kondensorn 13 sker via en rörledning 17 och en tryckregleringsventil 18.After the pressure drop in the turbine 10, the working medium steam is led through a line 12 to a jet condenser 13, where cooling water supplied through a line 15 is atomized by means of nozzles 14. Venting from the condenser 13 takes place via a pipeline 17 and a pressure control valve 18.
Blandningen av flytande arbetsmedium och kylvatten förs genom en ledning 16 till ett avskiljningskärl 19, där medierna separeras i två skikt. Det undre skiktet utgöres av begagnat kylvatten, som avledes genom en ledning 20, medan det övre skiktet utgöres av flytande arbetsmedium, som genom en ledning 21 med hjälp av en pump 22 återföres till processen efter värmeväxling i en värmeväxlare 4 mot nedkylt vatten 23 kommande från förångaren 1.The mixture of liquid working medium and cooling water is passed through a line 16 to a separating vessel 19, where the media are separated into two layers. The lower layer consists of used cooling water, which is diverted through a line 20, while the upper layer consists of liquid working medium, which through a line 21 by means of a pump 22 is returned to the process after heat exchange in a heat exchanger 4 against cooled water 23 coming from evaporator 1.
Claims (3)
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE8901099A SE463372B (en) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | PROCEDURE FOR CONVERSION OF THERMAL ENERGY TO MECHANICAL ENERGY |
| JP2505666A JPH04504295A (en) | 1989-03-29 | 1990-03-26 | How to convert thermal energy into mechanical energy |
| PCT/SE1990/000191 WO1990011431A1 (en) | 1989-03-29 | 1990-03-26 | A process for converting thermal energy into mechanical energy |
| EP19900905735 EP0465551A1 (en) | 1989-03-29 | 1990-03-26 | A process for converting thermal energy into mechanical energy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE8901099A SE463372B (en) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | PROCEDURE FOR CONVERSION OF THERMAL ENERGY TO MECHANICAL ENERGY |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE8901099D0 SE8901099D0 (en) | 1989-03-29 |
| SE8901099L SE8901099L (en) | 1990-09-30 |
| SE463372B true SE463372B (en) | 1990-11-12 |
Family
ID=20375486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE8901099A SE463372B (en) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | PROCEDURE FOR CONVERSION OF THERMAL ENERGY TO MECHANICAL ENERGY |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0465551A1 (en) |
| JP (1) | JPH04504295A (en) |
| SE (1) | SE463372B (en) |
| WO (1) | WO1990011431A1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5815181A (en) * | 1995-06-28 | 1998-09-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Micromachine, liquid jet recording head using such micromachine, and liquid jet recording apparatus having such liquid jet recording headmounted thereon |
| RU2166103C2 (en) * | 1999-07-07 | 2001-04-27 | Романовский Владимир Федорович | Method and device for converting heat energy into mechanical work |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4292808A (en) * | 1979-04-02 | 1981-10-06 | Lohmiller Edward W | Energy converter |
-
1989
- 1989-03-29 SE SE8901099A patent/SE463372B/en not_active IP Right Cessation
-
1990
- 1990-03-26 EP EP19900905735 patent/EP0465551A1/en not_active Withdrawn
- 1990-03-26 WO PCT/SE1990/000191 patent/WO1990011431A1/en not_active Ceased
- 1990-03-26 JP JP2505666A patent/JPH04504295A/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE8901099L (en) | 1990-09-30 |
| JPH04504295A (en) | 1992-07-30 |
| WO1990011431A1 (en) | 1990-10-04 |
| SE8901099D0 (en) | 1989-03-29 |
| EP0465551A1 (en) | 1992-01-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1171813A (en) | Method and apparatus for high volume fractional distillation of liquids | |
| US4119485A (en) | Heat exchangers and evaporators | |
| US4595459A (en) | Desalinization apparatus | |
| US4315402A (en) | Heat transfer process and system | |
| Zhang et al. | A low-temperature multi-effect desalination system powered by the cooling water of a diesel engine | |
| US3956061A (en) | Multi-stage processing and concentration of solutions | |
| Long et al. | Review of retrofitting distillation columns using thermally coupled distillation sequences and dividing wall columns to improve energy efficiency | |
| US3846254A (en) | Interface enhancement applied to evaporation of liquids | |
| Kumar et al. | Analysis of a jet-pump-assisted vacuum desalination system using power plant waste heat | |
| US3329583A (en) | Method for producing pure water from sea water and other solutions by flash vaporization and condensation | |
| SE464717B (en) | PUT TO MAKE MECHANICAL ENERGY | |
| Lee et al. | Direct heat exchangers in the food industry | |
| EP1711242B1 (en) | Desalinization by evaporation from capillary material | |
| SE463372B (en) | PROCEDURE FOR CONVERSION OF THERMAL ENERGY TO MECHANICAL ENERGY | |
| US4310387A (en) | Process and system of desalination by direct contact heat transfer | |
| US3856631A (en) | Process and apparatus for separating water from non-volatile solutes | |
| Tekin et al. | Exergy loss minimization analysis of sugar production process from sugar beet | |
| US4272961A (en) | Recovery of energy from geothermal brine and other aqueous sources | |
| US3640850A (en) | Multistage vapor-liquid contact process for producing fresh water from salt water | |
| RU2767966C1 (en) | Water desalination method and device for implementation thereof | |
| US3337419A (en) | Multiple flash evaporator-condenser | |
| CN101384323B (en) | Method for extracting a distillate stream from an aqueous stream comprising at least one dissolved solid | |
| CN108815869A (en) | Liquid-purifying device | |
| RU2678094C1 (en) | Heat recovery in decomposition of paraffin hydrocarbons | |
| US4016028A (en) | Multiple effect processes of concentrating solutions |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |
Ref document number: 8901099-5 Effective date: 19931008 Format of ref document f/p: F |