SE537960C2 - Förfarande och anläggning för lokal och småskalig produktionav elektricitet genom förbränning av förnyelsebart bränsle - Google Patents

Abstract

537 960 SAMMANDRAG Uppfinningen avser ett forfarande fOr lokal och smaskalig producering av elektricitet (13) genom forbramning av fornyelsebart brdnsle samt en anlaggning (20) for genomforande av forfarandet. Enligt uppfinningen forbrdnner man i en panna (1) som har t.ex. olja (2) som varmeledande medium. Man later den fran pannan (1) ledande vdrmda oljan (2) etc. cirkulera genom en varmevdxlare (3) fOr upphettning av vatten (4) till bildande av anga. Man later leda Angtrycket (5) till ett antal membrantankar (6, 7) eller till en kolvpump ddr Angan vaxlas till vattentryck (9) och ledes till en trycktanksackumulator (10). Det sagda vattentrycket (9) driver en turbin (11) som i sin tur driver en generator (12) far alstrande av elektricitet (13). Returangan fran processen ledes genom en vdrmevdxlare och/eller en v&rmeaccumulatortank ddr vdrme Mr uppvdrm- ningen tages ut.

Description

537 960 Forfarande och anlaggning for lokal och smAskalig produktion av elektricitet genom forbranning av fornyelsebart bransle Den foreliggande uppfinningen avser ett f6rfarande for lokal och smAskalig producering av elektricitet genom fOrbranning av fOrnyelsebart bransle samt en anlaggning for genomforande av fOrfarandet.

Det finnes en rad alternativ och losningar for att sjalv producera sin egen elektricitet, exempelvis genom sol, vind och vatten. Emellertid saknas effektiv och miljOvanlig producering av just elektricitet f6r alla som eldar med just fornyelsebara branslen. Forutom att erhAlla varme skall man aven kunna producera sin egen elektricitet med samma bransle. Detta dr nAgot som fungerar bra i dag fast bara i stOrre och medelstora kraftvarmeanlaggningar dar man nyttjar Angturbiner for att driva en generator. Att helt enkelt bara forminska sAdana anlaggningar har ej visat sig vara sá effektivt, eftersom det blir dyrt, och effektiviteten sjunker markant om man skalar ner anlaggningarna for att passa till mindre behov, exempelvis for husbehov. Dessutom Okar risken for skada nar man nyttjar sá hoga tryck, vilket gor att det blir en farlig och komplex anlaggning att installera i bostadshus.

HuvudandamAlet med den foreliggande uppfinningen ár dart& i forsta hand att Astadkomma ett forfarande som bl.a. loser de ovan sagda problemen, effektivt, sakert, ekonomiskt och miljOmassigt. Dessutom ãr ett AndamAl att Astadkomma en anlaggning vilken Aven loser de ovan sagda problemen och som mOjliggor att nyttjas vid genomforande av ett sagda fOrfarande.

Sagda andamAl uppnAs medelst ett forfarande resp. en anlaggning enligt fOreliggande uppf inning 1 537 960 scm vasentligen kdnnetecknas ddrav, att man farbrdnner i en panna som har olja eller annat varmebdrande medium med hagre kokpunkt an vatten som vdrmeledande medium, att man later den fran pannan ledande vdrmda oljan eller annat vdrmebdrande medium med hagre kokpunkt an vatten cirkulera genom en angvArmevAxlare far upphettning av vatten till bildande av Anga, att man later leda angan antingen till parvisa membrantankar farsedda med membran inuti som avskiljer tankens bada sidor fran varandra varvid man vid membrantanksutnyttjande nyttjar parvisa parallellkopplade membrantankar, som vdxelvis tames och fylles med vatten med hjdlp av ett ventilsystem, varvid man nyttjar sagda membrantankar parallellkopplade sá att en pumpfunkticn erhalles och att man nyttjar detta vdxelvisa tammande och fyllande av vatten for att styra sagda ventilsystem, eller sá later man leda angan till en kolvpump som innefattar ett mittbeldget vattenmottagande cylinderutrymme med kolv och med ett pa var sida om detta utrymme beldget angcylinderutrymme med kolv, samt med farbindande kolvstang och ddr angan vdxlas till vattentryck, och att man vid nyttjande av membrantankar eller en kolvpump later leda vattentrycket till en trycktanksackumulator och att det sagda vattentrycket driver en turbin som i sin tur driver en generator f6r alstrande av elektricitet, respektive, att en brdnslepanna innefattar cirkulationsledning far mottagande av olja eller annat vdrmebdrande medium med hogre kokpunkt an vatten och som i sin tur leder genom en angvdrmev&xlare, att parvisa med ventilsystem farsedda membrantankar med membran inuti som avskiljer tankens bada sidor fran varandra och ddr respektive membran avdelar 2 537 960 tillhorande membrantank i skilda utrymmen, dar pa den ovre sidan tanken fyllts med vatten som runnit ner frAn en tank ovan, och nar Angtrycket kommer in i tanken kommer det att trycka ut vattnet och genom backventiler styres och tryckes vattnet till en trycktanksackumulator dar vattnet och trycket ackumuleras upp, eller en trevagslinjar kolvpump, som innefattar ett mittbelaget vattenmottagande cylinderutrymme med kolv och med ett pa var sida om detta utrymme belaget Angcylinderutrymme med kolv, samt med forbindande kolvstAng, ãr anordnade/anordnad for att vaxla trycket fran angan till vattentryck, att i en trycktanksackumulator ackumuleras vattentrycket, och att ventiler är anordnade vid kolvpumpen och dess mittbelagna vattenmottagande cylinderutrymme, vilket dr anordnat att mottaga vatten pa vardera sidan am kolven som avdelar sagda cylinderutrymme, och att ventiler for angcylinderutrymmena dr anordnade samt att en gemensam forbindande kolvstang uppbar en kolv for vane sagda utrymme, och att en turbin är anordnad att drivas av sagda vattentryck och som i sin tur an anordnad att driva en generator i vilken elektricitet är anordnad att alstras.

Utifran kand teknik är iden att enkelt kunna ansluta en speciell produkt till sin egen forebranningspanna och darigenom aven astadkomma egen elproduktion tillsammans med sin normala varmeproduktion. Nar varme behovs i huset genereras dá samtidigt elektricitet och detta gor att man kan uppna hag effektivitet pA anlaggningen. Enligt foreliggande uppf inning mojliggores att med sá lagt tryck som 500 kPa (5 bar) erhalla en tillfredsstallande elproduktion, som beroende pa vilken storlek en ifragavarande anlaggning som Astadkommer elproduktionen uppvisar, I forsta hand kommer att producera det egna behovet av 3 537 960 elektricitet men med mojlighet aven till ett visst overskott av elproduktion.

Huvudiden med uppfinningen är kortfattat: att med valfritt biobransle lokalt producera el och \Tame, 5 for eget behov och/eller for avsalu. Att i varmevaxlare med olja eller annat varmebarande medium med hog kokpunkt, i alla fall med hogre kokpunkt an vatten, som varmebdrare alstra Angtryck, som genom ventilsystem vaxelvis fyller/t6mmer trycktankar fOrsedda med membran, alternativt 10 med Angdriven linjar kolvpump alstra vattentryck och med detta driva en turbin for alstring av elektricitet. Returangan kondenseras genom varmevaxlare och \Taxmen avges dar till varmesystemet. Kondenserad Anga aterfores till processen.

Fordelar som uppfinningen bl.a. medfor: Ett. smaskaligt och sjalvf6rs6rjande system.

Har ett arbetstryck under 1000 kPa (10 bar).

Kan omvandla alla typer av fornybara branslen till bade elekricitet och varme.

• Produktionen av el och varme sker lokalt.

Belastar i mindre utstrackning eldistributionsnatet.

Att sjalv kunna paverka sin elforsorjning. Nedan beskrives uppfinningen med olja som nyttjat varmebarande medium.

Uppfinningen beskrives i det foljande sá- som ett antal f6redragna utforingsexempel, varvid hanvisas till de bifogade ritningarna, pa vilka; Fig. 1 schematiskt visar en anlaggning enligt foreliggande uppf inning med de olika stegen i den 30 process som nyttjas, Fig. 2 visar anlaggningen med inringade processteg I-IV, 4 537 960 Fig. 3 visar en kolvpump som nyttjas alternativt enligt uppfinningen, och Fig. 4 visar mer detaljerat konstruktionen av och forfarandet med sagda kolvpump.

Ett forfarande for att Astadkomma lokal och smaskalig producering av elektricitet genom forbrdnning av fornyelsebart bransle innefattar enligt foreliggande uppf inning att man forbrdnner brdnslet i en panna 1 som har olja eller annat vdrmebdrande medium med hag kok- punkt, i alla fall med hOgre kokpunkt an vatten, som vdrmeledande medium. Man later darvid den frail pannan 1 ledande varmda oljan 2 etc. cirkulera genom en v&rmevdxlare 3 for upphettning av vatten 4 ddri till bildande av anga. I pannan 1 med olja 2 etc. som medium vdrmes oljan 2 till cirka 150°C eller till annan lamplig temperatur under dess kokpunkt. PA grund av just detta skdl anvandes olja 2, som har en kokpunkt pA ndrmare 300°C, i stdllet for som tidigare anvdnda vatten som ju uppvisar en vdsentligt l&gre kokpunkt. Detta är steg I i processen.

Det uppstAr aldrig nagot tryck dá olja har en hogre kokpunkt an vad som anvdndes i processen. I angvdxlaren 3 kommer tryck pa upp till 500 kPa(5 bar) vid sagda temperatur 150°C pa oljan, att uppstA dá vattnet blir till Anga. Det ãr just detta Angtryck som kommer att anvdndas i ett steg II i processen.

Vidare later man leda det sagda Angtrycket 5 till exempelvis parvisa membrantankar 6, 7 eller till en kolvpump 8 ddr Angan vdxlas till vattentryck 9 och ledes till en trycktanksackumulator 10. Det sagda vattentrycket 9 driver ddrefter en turbin 11, som i sin tur driver en generator 12, for alstrande av el 13. Detta an steg III.

Vid membrantanksutnyttjande an parvisa parallellkopplade membrantankar 6, 7 anordnade att vdxel- 537 960 vis tomma och fylla tankarna 6, 7 med vatten med hjalp av ett pa ritningarna ej narmare visat eller beskrivet ventilsystem. Lampligen nyttjar man sagda membrantankar 6, 7 parallellkopplade sá att en pumpfunktion erhalles och att man darvid nyttjar detta pendlande for att lata styra sagda ventilsystem.

Angtrycket 5 leds till en av membrantankarna 6, 7 med membran inuti som avskiljer tankens bada sidor frAn varandra. PA den ovre sidan har tanken fyllts med vatten som runnit ner fran en tank 15 ovan. Nar angtrycket kommer in i tanken kommer det att trycka ut vattnet. Genom backventiler styres och tryckes vattnet till en trycktanksackumulator 10 dar vattnet och trycket ackumuleras upp.

Genom att ha tva parallellkopplade membrantankar 6, 7 far man en pumpfunktion som vaxelvis tomer och fyller tankarna genom att styra flodet till dem med ett ventilsystem. Tankarna 6,7 kan sitta fastmonterade eller vara ledade pa mitten mellan tankarna 6,7. DA vikt- forhallandet mellan en full tank med vatten kommer att vaga mer an en nyligen tomd tank med bara vattenanga inuti, kan detta utnyttjas och tankarna kommer dá att rora sig uppat och nedat, beroende pa vilken fas de bef inner sig i processen. Detta pendlande kan dá styra ventilsyste- met, vilket gor att systemet Ai sjalvreglerande. I annat fall sá styr man det med magnetventiler som regleras elektriskt.

Alternativt anvandes en trevagslinjar kolvpump 8 fOr att vaxla Angtrycket 5 till vattentryck 9 och med samma princip som vid membrantankarna 6, 7. I mitten av kolvpumpens 8 cylinder finnes ett utrymme 21 med kolv 22 dar bara vatten kommer att vara. Utan kontakt med Angtrycket 5, pa bada sidor av detta utrymme 21 finnes tva 6 537 960 separata utrymmen 23, 24 med kolv 25, 26 i, dar Angtrycket 5 kommer att komma in. Angtrycket kommer in i ena anden och viii dá trycka kolven i Angutrymmet till sitt andlage samtidigt tryckes de andra kolvarna med, dá alla sitter fast pa samma kolvstang 27. Detta gor att kolven 22 i mitten trycker vattnet frail en sida till den andra och tryckes sedan ut till trycktanksackumulatorn 10. Angutrymmet pa andra sidan av vattenutrymmet tryckes ocksa i samma riktning, vilket gar att den forbrukade Angan som anvants tryckes ut och vidare till en varmevaxlare 16 eller en varmvattenackumulatortank (Se Fig. 4).

I ett tredje steg III, fast nu i trycktanksackumulatorn 10, ackumuleras vane sekvens av steg II i processen och bildar ett overtryck pa 500 kPa 15 (5 bar). Varmen pa olja och Angtryck fOljer samma kurva. Vid 150°C far man 500 kPa och vid 160°C far man 600kPa. Detta vattentryck slappes sedan i ett flode genom en turbin 11 som vaxlar vattentryck till ren rorelseenergi och som i sin tur driver en generator 12. Elektrisk strom 13 20 kan darvid tas ut. Det forbrukade vattnet 14 samlas sedan upp i ett trycklast karl 15. Det är detta vatten 14 som fyller membrantankarna 6, 7 i steg II eller linjar kolvpump 8.

Returangan som anvants i steg II ledes in i en varmevaxlare 16 eller en varmvattensackumulatortank. Denna anga skall nu O. fran 150°C till 95-100°C for att sedan foras tillbaka till processen i steg I. Av 0,1 liter vatten blir det cirka 40 liter vattenanga med ett tryck av 500 kPa (5 bar) och detta kondenserade vatten kommer att injiceras till angvaxlaren i sma doser am cirka 1-2 dl. Vid trycklost forum blir 1 liter vatten cirka 1700 liter vattenanga. Darigenom erhalles varmvattnet 17 i hushallet. 7 537 960 SAledes aterfor man den anga 5 som nyttjas att vdxelvis tomma och fylla tankar 6, 7 eller kolvpumpens 8 cylinder med vatten till en vdrmevdxlare 16 eller till en varmvattenackumulatortank, ej visad pa ritningarna, for alstrande av varme. Oljan 2, eller annat ldmpligt medium, i pannan 1 varmes till cirka 150°C eller annan l&mplig temperatur for sagda medium.

En anldggning 20 som ldmpar sig att brukas for genomforande av ett forfarande fOr lokal och smaskalig producering av elektricitet 13 genom forbranning av farnyelsebart brdnsle enligt foreliggande uppf inning torde delvis ha angivits i det ovan angivna, men innefattar ndrmare bestamt en branslepanna 1 som innefattar cirkulationsledning fOr mottagande av olja 2, eller annat lamp- ligt medium, och som i sin tur leder genom en angvarmevdxlare 3. Parvisa membrantankar 6, 7 finnes, ddr resp. membran avdelar tillhorande membrantank 6, 7 i skilda utrymmen. Alternativt ãr en trevagslinjar kolvpump 8 anordnad. Syftet är att vdxla Angtrycket 5 till vattentryck 9. I en trycktanksackumulator 10 ackumuleras vattentrycket 9 och en turbin 11 är anordnad att drivas av sagda vattentryck 9 och som i sin tur är anordnad att driva en generator 12 i vilken elektricitet 13 är anordnad att alstras.

Ett trycklost kdrl 15 ãr anordnat att mot- taga forbrukat vatten 14 fran turbinen 11 for pAfyllning till membrantankarna 6, 7 eller kolvpump 8 med sagda vat-ten. Den sagda trevdgslinjdra kolvpumpen 8 innefattar ett mittbeldget vattenmottagande cylinderutrymme 21 med kolv 22 och med ett pa var sida om detta utrymme 21 beldget Angcylinderutrymme 23, 24 med kolv 25, 26, samt med forbindande gemensam kolvstAng 27. Ventiler finnes ddrvid men dess funktion torde forstas utan hdnvisning. 8 537 960 Trycktanksackumulatorn 10 dr anordnad att sekvensvis ackumulera vattentrycket 9 som Astadkommes i membrantankarna 6, 7 eller i den trevdgslinjara kolvpumpen 8. Ett av Angmottagningsutrymmena 23,24 leder till en vdr- mevaxlare 16 eller en vdrmvattenackumulatortank fOr varmealstring 17.

Beskaffenhet och funktion av uppfinningen torde klart ha framgatt av det ovan angivna och det pa ritningarna visade.

Uppfinningen ãr naturligtvis inte begransad till de ovan beskrivna och pa de bifogade ritningarna visade utfOrandena. Modifieringar ãr majliga, sdrskilt ndr det gdller de olika delarnas beskaffenhet, eller genom anvdndande av likvdrdig teknik, utan att man frangar skyddsomradet for uppfinningen, sasom den definieras i patentkraven. 9

Claims (7)

537 960 PATENTKRAV

1. Forfarande for lokal och smAskalig producering av elektricitet (13) genom forbrdnning av for- s nyelsebart brdnsle, lannetecknat dixav, att man forbrdnner i en panna (1) som har olja (2) eller annat vdrmebdrande medium med hogre kokpunkt an vatten som vdrmeledande medium, att man later den frAn pannan (1) ledande vd.rmda oljan (2) eller annat vdrmebdrande medium med hogre kokpunkt an vatten cirkulera genom en Angvdrmev&xlare (3) far upphettning av vatten (4) till bildande av Anga, att man later leda Angan (5) antingen till parvisa membrantankar (6, 7) forsedda med membran inuti som avskiljer tankens bAda sidor frAn varandra varvid man vid membrantanksutnyttjande nyttjar parvisa parallellkopplade membrantankar (6, 7), som vaxelvis tomes och fylles med vatten med hjdlp av ett ventilsystem, varvid man nyttjar sagda membrantankar (6, 7) parallellkopplade sã att en pumpfunktion erhAlles och att man nyttjar detta vdxelvisa tommande och fyllande av vatten fOr att styra sagda ventilsystem, eller sá later man leda Angan (5) till en kolvpump (8) som innefattar ett mittbeldget vattenmottagande cylinderutrymme (21) med kolv (22) och med ett pA var sida om detta utrymme (21) beldget Angcylinderutrymme (23, 24) med kolv (25, 26), samt med forbindande kolvstAng (27) och ddr Angan (5) vdxlas till vattentryck (9), och att man vid nyttjande av membrantankar (6, 7) eller en kolvpump (8) later leda vattentrycket (9) till en trycktanksackumulator (10) och att det sagda vattentrycket (9) driver en turbin (11) som i sin tur driver en generator (12) fOr alstrande av elektricitet (13). 10 537 960

2. FOrfarande enligt patentkravet 1, kannetecknat darav, att man Aterfor den Anga (5) som nyttjas att vaxelvis tomma och fylla tankarna (6, 7) eller en kolvpumps cylinder (8) med vatten till en varmevaxlare (16) eller till en varmvattenackumulatortank for alstrande av varme (17).

3. FOrfarande enligt nAgot av ovan angivna patentkrav, kannetecknat darav, att oljan (2), eller annat 10 varmebarande medium med h6gre kokpunkt an vatten, i pannan (1) varmes till en temperatur under dess kokpunkt.

4. Anlaggning (20) for genomfOrande av ett fOrfarande f6r lokal och smaskalig producering av elektri- citet (13) genom forbranning av fOrnyelsebart bransle enligt nAgot av ovan angivna patentkrav, kannetecknad darav, att en branslepanna (1) innefattar cirkulationsledning for mottagande av olja (2) eller annat varmebdrande medium med hogre kokpunkt an vatten och som i sin tur leder genom en angvarmevaxlare (3), att antingen innefatta parvisa med ventilsystem fOrsedda membrantankar (6, 7) med membran inuti som avskiljer tankens bada sidor fran varandra och dar respektive membran avdelar tillhOrande membrantank (6, 7) i skilda utrymmen, dar pa den ovre sidan tanken fyllts med vatten som runnit ner frail en tank (15) ovan, och nar Angtrycket kommer in i tanken kommer det att trycka ut vattnet och genom backventiler styres och tryckes vattnet till en trycktanksackumulator (10) dar vattnet och trycket ackumuleras upp, eller att anlaggningen innefattar en trevagslinjar kolvpump (8), som innefattar ett mittbelaget vattenmottagande cylinderutrymme (21) med kolv (22) och 11 537 960 med ett pa var sida am detta utrymme (21) beldget Angcylinderutrymme (23, 24) med kolv (25, 26), samt med forbindande kolvstang (27), är anordnade/anordnad for att vdxla trycket frAn Angan (5) till vattentryck (9), att i en trycktanksackumulator (10) ackumuleras vattentrycket (9), och att ventiler är anordnade vid kolvpumpens mittbeldgna vattenmottagande cylinderutrymme (21), vilket är anordnat att mottaga vatten pa vardera sidan om kolven (22) som avdelar sagda cylinderutrymme (21), och att ventiler for angcylinderutrymmena (23, 24) ãr anordnade samt att en gemensam fOrbindande kolvstang (27) uppbar en kolv (22, 25, 26) for varje sagda utrymme (21, 23, 24), och att en turbin (11) är anordnad att drivas av sagda vattentryck (9) och som i sin tur är anordnad att driva en generator (12) i vilken elektricitet (13) dr anordnad att alstras.

5. Anlaggning enligt patentkrav 4, kannetecknad darav, att ett trycklOst kdrl (15) ãr anordnat att 20 mottaga forbrukat vatten (14) fran turbinen (11).

6. Anlaggning enligt nagot av patentkraven 4-5, kannetecknad dirav, att trycktanksackumulatorn (10) ãr anordnad att sekvensvis ackumulera vattentrycket (9), som astadkommes i sagda antal membrantankar (6, 7) eller i den trevdgslinjdra kolvpumpen (8).

7. Anlaggning enligt ndgot av patentkraven 5-6, kannetecknad darav, att ett av Angmottagningsut30 rymmena leder till en varmevaxlare (16) eller en varmvattenackumulatortank fOr vdrmealstring. 12 537 960