ES2332134T3 - Procedimiento y dispositivo para la ejecucion de un ciclo termodinamico. - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para la ejecucion de un ciclo termodinamico. Download PDF

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ES2332134T3 ES04740755T ES04740755T ES2332134T3 ES 2332134 T3 ES2332134 T3 ES 2332134T3 ES 04740755 T ES04740755 T ES 04740755T ES 04740755 T ES04740755 T ES 04740755T ES 2332134 T3 ES2332134 T3 ES 2332134T3
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Abstract

Procedimiento para la ejecución de un ciclo termodinámico que presenta, al menos, los siguientes pasos: - bombeado de un flujo de medio de trabajo líquido (13) a una presión elevada; - división del flujo de medio de trabajo líquido presionizado (14), en un primer flujo parcial (16) y un segundo flujo parcial (17), asimismo, el primer flujo parcial y el flujo de medio de trabajo líquido (13) presentan, esencialmente, la misma temperatura; - evaporación parcial del primer flujo parcial (16) utilizando calor generado por refrigeración de una fuente de calor (20 o 21); - evaporación parcial del segundo flujo parcial (17) utilizando calor generado por condensación parcial de un flujo de medio de trabajo distendido (11); - reunión del primer y el segundo flujo parcial, parcialmente evaporados (16a y 17a) formando un flujo de medio de trabajo parcialmente evaporado (18); - generación de un flujo de medio de trabajo gaseoso (10) mediante evaporación completa, eventualmente, por sobrecalentamiento parcial, del flujo de medio de trabajo parcialmente evaporado (18) utilizando calor, generado por la refrigeración de la fuente de calor (20), - distensión del flujo de medio de trabajo gaseoso (10), conversión de su energía en una forma utilizable y generación del flujo de medio de trabajo distendido (11); y - condensación completa del flujo de medio de trabajo distendido, parcialmente condensado (12) para la formación del flujo de medio de trabajo líquido (13), asimismo, el primer y el segundo flujo parcial, parcialmente evaporados (16a y 17a) presentan, aproximadamente, la misma temperatura y la misma proporción de vapor, asimismo, se utiliza una mezcla de amoníaco y agua como medio de trabajo.

Description

Procedimiento y dispositivo para la ejecución de un ciclo termodinámico.
La presente invención comprende un procedimiento y un dispositivo para la ejecución de un ciclo termodinámico acorde a la reivindicación 1 y la reivindicación 4.
Las centrales termoeléctricas utilizan ciclos termodinámicos para la conversión de calor en energía mecánica o eléctrica. Las centrales termoeléctricas convencionales generan el calor a través de la combustión de combustible, sobre todo, de las fuentes de energía fósiles carbón, petróleo y gas. Los ciclos son accionados, en este caso, por ejemplo, en base al ciclo de Rankine clásico con agua como medio de trabajo. Su elevado punto de ebullición hace del agua un recurso poco atractivo, sobre todo, en el uso de fuentes de calor con temperaturas de entre 100º y 200ºC, por ejemplo, líquidos geotérmicos o calor emitido por procesos de combustión, debido al costo elevado.
Para fuentes de calor con una temperatura tan baja se desarrollaron en los últimos años diferentes tecnologías que posibilitan convertir su calor con un rendimiento elevado en energía mecánica o eléctrica. Además del proceso Rankine con un medio de trabajo orgánico (organic rankine cycle, ORC) se destaca, sobre todo, el denominado ciclo Kalina, debido a su rendimiento notablemente superior en comparación con el proceso Rankine clásico. En base al ciclo Kalina se desarrollaron diversos ciclos para diferentes aplicaciones. En lugar de agua, estos ciclos utilizan como medio de trabajo una mezcla de dos sustancias (por ejemplo, amoníaco y agua), asimismo, se utiliza el proceso de ebullición y condensación no isotérmico de la mezcla para elevar el rendimiento del circuito en comparación con el circuito Rankine.
Para temperaturas de la fuente de calor de, al menos, 140ºC, se utiliza, preferentemente, el circuito Kalina KCS 11 (Kalina Cycle System 11). En este caso, se bombea un medio de trabajo líquido hacia un termocambiador, denominado, en adelante, "termocambiador de calentamiento previo", en el cual es calentado hasta alcanzar una condensación parcial de un flujo de medio de trabajo distendido hasta alcanzar su punto de ebullición. El flujo de medio de trabajo presionizado, en ebullición, es dividido luego en un primer y un segundo flujo parcial, mediante un separador. El primer flujo parcial es evaporado parcialmente en un primer termocambiador diferente, utilizando calor, generado por la refrigeración de una fuente de calor (por ejemplo, un líquido geotérmico). El segundo flujo parcial es evaporado parcialmente en un segundo termocambiador diferente, utilizando calor, generado por condensación parcial del flujo de medio de trabajo distendido.
El primer y el segundo flujo parcial, parcialmente evaporados, se unen posteriormente a través de un mezclador y se forma un flujo de medio de trabajo parcialmente evaporado. Posteriormente, en un tercer termocambiador diferente, se genera, por transmisión de calor de la fuente de calor al flujo de medio de trabajo parcialmente evaporado, un flujo de medio de trabajo gaseoso.
El flujo de medio de trabajo gaseoso se distiende posteriormente en una turbina y su energía es utilizada para generar corriente. El flujo de medio de trabajo distendido luego es condensado parcialmente en el segundo termocambiador diferente, ya mencionado y en el termocambiador de calentamiento previo y, finalmente, es generado, en un condensador, por condensación completa, el medio de trabajo líquido mencionado al comienzo, de ese modo se cierra el ciclo.
La memoria EP 0 472 020 presenta un procedimiento y un dispositivo para la ejecución de un ciclo termodinámico con una mezcla de amoníaco y agua como medio de trabajo, en cuyo caso, un flujo de medio de trabajo líquido es bombeado bajo presión elevada y, posteriormente, dividido en un primer flujo parcial y un segundo flujo parcial, asimismo, el primer flujo parcial y el flujo de medio de trabajo líquido presentan, esencialmente, la misma temperatura. Ambos flujos parciales son parcialmente evaporados y, posteriormente, reunidos formando un flujo de medio de trabajo parcialmente evaporado. En el caso de un flujo de medio de trabajo parcialmente evaporado se separa posteriormente la fase líquida de la fase gaseosa. Por transmisión de calor de la fase líquida al primer flujo parcial, el primer flujo parcial es evaporado parcialmente y la fase líquida es refrigerada. La fase gaseosa es evaporada completamente utilizando calor de una fuente de calor de baja temperatura. El medio de trabajo completamente evaporado es distendido, su energía es convertida en una forma utilizable y se genera un flujo de medio de trabajo distendido. Por transmisión de calor del flujo de medio de trabajo distendido al segundo flujo parcial, el segundo flujo parcial es evaporado parcialmente y el flujo de medio de trabajo distendido es parcialmente condensado. Al flujo de medio de trabajo parcialmente condensado se le agrega posteriormente la fase líquida refrigerada del flujo de medio de trabajo parcialmente evaporado y luego se condensa completamente el flujo de medio de trabajo obtenido.
El objeto de la presente invención es presentar un procedimiento y un dispositivo para la ejecución de un ciclo termodinámico que, en comparación con el estado actual de la técnica mencionado, posibilite, con la misma fuente de calor, un mayor rendimiento de energía mecánica y/o eléctrica sin incrementar los costos de la instalación.
La resolución de esta tarea se logra a través de un procedimiento acorde a la reivindicación 1. Los acondicionamientos ventajosos del procedimiento son objeto de las reivindicaciones 2 a 3. La solución en lo que respecta al dispositivo se logra, acorde a la invención, a través de un dispositivo acorde a la reivindicación 4. Los acondicionamientos ventajosos del dispositivo son, respectivamente, objeto de las reivindicaciones 5 a 6.
La presente invención parte de la base de que el calor de la fuente de calor se puede aprovechar mejor cuanto más baja sea la temperatura del medio de trabajo antes de la evaporación parcial del primer flujo parcial. Si el primer flujo parcial presenta esencialmente la misma temperatura (baja) que el flujo de medio de trabajo líquido, se puede tomar más calor de la fuente de calor y utilizarlo para generar energía mecánica y/o eléctrica que si el flujo de medio de trabajo líquido ya hubiera sido previamente calentado. En el marco de la invención se entiende por "esencialmente la misma temperatura", que la diferencia de temperatura sólo es de unos pocos grados Kelvin, por ejemplo, debido a una ligera refrigeración del flujo de medio de trabajo líquido presionizado antes de formar un primer flujo parcial o debido al bombeado del flujo de medio de trabajo líquido a una mayor presión.
De este modo, es posible un aprovechamiento comparativamente mejor del calor, de la fuente de calor, que el conocido en el estado actual de la técnica, en el cual, debido al calentamiento previo del flujo de medio de trabajo líquido presionizado hasta alcanzar la temperatura de ebullición, mediante el termocambiador de calentamiento previo, el primer flujo parcial presenta una temperatura mayor que el flujo de medio de trabajo líquido.
La invención posibilita incrementar, mediante un correspondiente dimensionamiento del circuito, especialmente, de las superficies de calefacción del termocambiador, el caudal de masa del medio de trabajo esencial para la generación de la energía mecánica o eléctrica, con condiciones del flujo de medio de trabajo gaseoso, así como del flujo de medio de trabajo líquido, de presión, temperatura y entalpía esencialmente iguales al estado actual de la técnica.
La obtención de energía a través del aprovechamiento del calor de la fuente de calor es, en este caso, mayor que las pérdidas a causa del no aprovechamiento de la energía del flujo de medio de trabajo distendido para el calentamiento previo del flujo de medio de trabajo líquido presionizado mediante un termocambiador de calentamiento previo. Un requerimiento de una mayor superficie de calefacción tiene como consecuencia un requerimiento de inversión mayor, pero los costos elevados pueden ser compensados, en gran parte, gracias a que se prescinde del termocambiador de calentamiento previo y debido a la conducción de tuberías simplificada la gracias a ello, de modo que los costos de la instalación son esencialmente los mismos.
El primer y el segundo termocambiador están dimensionados, a su vez, de modo que el primer y el segundo flujo parcial, parcialmente evaporados, presentan, aproximadamente, la misma temperatura y la misma proporción de vapor.
Acorde a la invención, se utiliza, como medio de trabajo, una mezcla de amoníaco y agua. Debido a la evaporación y condensación no isotérmicas de una mezcla de ese tipo se puede lograr un rendimiento especialmente elevado del circuito.
Una obtención de energía especialmente ecológica es posible gracias a la utilización de un líquido geotérmico, especialmente, agua termal, de una fuente geotérmica como fuente de calor. Como fuente de calor también pueden utilizarse gases de escape (gases de combustión) de instalaciones de turbinas de gas y/o vapor o el calor generado en procesos de producción industriales (por ejemplo, en la producción de acero).
Un rendimiento elevado del circuito se puede lograr si la fuente de calor (20) presenta una temperatura de 100ºC a 200ºC, especialmente, de 140ºC a 200ºC.
La presente invención, así como otros acondicionamientos ventajosos de la invención, acorde a las características de las subreivindicaciones, serán comentadas a continuación a partir de los ejemplos de ejecución en las figuras. Se muestran:
Figura 1 un circuito de un dispositivo acorde a la invención para la ejecución de un ciclo termodinámico en una representación esquemática simplificada,
Figura 2 un cálculo de un circuito para un dispositivo acorde a la figura 1,
Figura 3 un circuito de un dispositivo conocido por el estado actual de la técnica para la ejecución de un ciclo termodinámico en una representación esquemática simplificada,
Figura 4 un cálculo de un circuito para un dispositivo acorde a la figura 3.
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El dispositivo 1 mostrado en la figura 1, para la ejecución de un ciclo termodinámico, presenta un termocambiador HE 5, atravesado, por el lado del primario, por agua termal caliente 20 de una fuente geotérmica no representada aquí en mayor detalle y del lado del secundario, está unido, por un lado, a un mezclador 5 y por el otro, a una turbina 2. La turbina 2 está unida, en el lado de salida, al lado del secundario de un termocambiador HE 2, que, a su vez, está unido al lado del primario de un condensador HE1. El condensador HE1 está unido en su salida del lado del primario a un separador 4, eventualmente, a través de un tanque de condensador, y a través de una bomba 3. El separador 4 está unido al mezclador 5, por un lado, a través del lado del primario del termocambiador HE 2 y por el otro, a través del lado del secundario de un termocambiador HE 4. Los termocambiadores HE 5 y HE 4 están unidos entre sí, en el lado del primario, para el paso del agua termal caliente 20, asimismo, el agua termal primero fluye a través del termocambiador HE5 y luego por el termocambiador HE 4.
En el dispositivo 1 se utiliza como medio de trabajo una mezcla de dos sustancias, agua y amoníaco, que por ello presenta una evaporación y una condensación no isotérmicas. Tras el condensador HE1, el medio de trabajo se encuentra en un estado líquido a modo del flujo de medio de trabajo líquido 13. Mediante la bomba 3 se transporta el flujo de medio de trabajo líquido 13 sometido a una presión mayor y se obtiene un flujo de medio de trabajo líquido presionizado 14 que es separado por el separador 4 en un primer flujo parcial 16 y un segundo flujo parcial 17.
El primer flujo parcial 16 presenta, esencialmente, la misma temperatura que el flujo de medio de trabajo líquido 13. El primer flujo parcial 16 es receptado por el termocambiador HE4 y, utilizando el calor generado por la refrigeración del flujo de agua termal 20 refrigerado en el termocambiador HE5, es parcialmente evaporado obteniendo un primer flujo parcial, parcialmente evaporado 16a. El segundo flujo parcial 17 es receptado por el termocambiador HE4 en su lado primario, y, utilizando el calor generado por la condensación parcial de un flujo de medio de trabajo distendido 11, receptado del lado del secundario, es parcialmente evaporado, obteniendo un segundo flujo parcial, parcialmente evaporado 17a. El primer y el segundo flujo parcial 16a, 17a, parcialmente evaporados, se unen posteriormente a través de un mezclador 5 y se forma un flujo de medio de trabajo parcialmente evaporado 18. Los termocambiadores HE2 y HE4 están dimensionados, a su vez, de modo que el primer y el segundo flujo parcial parcialmente evaporados 16a y 17a presenten, aproximadamente, la misma temperatura y la misma proporción de vapor.
El flujo de medio de trabajo parcialmente evaporado 18 es receptado, posteriormente, del lado del secundario, por el termocambiador HE 5, obteniendo por refrigeración del flujo de agua termal caliente 20 receptado en el lado del primario, un flujo de medio de trabajo gaseoso 10 completamente evaporado, eventualmente, parcialmente sobrecalentado. El flujo de medio de trabajo gaseoso 10 es distendido posteriormente en la turbina 2, su energía es convertida en una forma utilizable, por ejemplo, a través de un generador no representado, en corriente, obteniendo el flujo de medio de trabajo distendido 11. El flujo de medio de trabajo distendido 11 es condensado parcialmente en el termocambiador HE 2 obteniendo un flujo de medio de trabajo distendido 12 parcialmente condensado. El flujo de medio de trabajo distendido 12, parcialmente condensado, es luego condensado en el termocambiador (condensador) HE1 mediante un flujo de agua de refrigeración 25 entrante, obteniendo el flujo de medio de trabajo líquido 13. El calor transmitido por condensación del flujo de medio de trabajo distendido 12 al flujo de agua de refrigeración 25 es evacuado a través del flujo de agua de refrigeración saliente 26.
La figura 2 muestra un cálculo de un circuito para un dispositivo para la ejecución del ciclo termodinámico que corresponde, esencialmente, al dispositivo 1 representado en la figura 1 y, adicionalmente, sólo fue completado con algunas válvulas 19 y circuitos de separador 27. Como condiciones iniciales para los cálculos se seleccionaron las siguientes:
100
La concentración de amoníaco en agua es de 81%.
La tabla 1 muestra, para algunos flujos seleccionados del circuito, el resultado del cálculo del circuito, asimismo, la potencia de los termocambiadores se seleccionó acorde a la tabla 2.
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TABLA 1
1
TABLA 2
2
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La temperatura del primer flujo parcial 16 antes de la entrada al termocambiador HE 4 es de 13,1ºC y con ello, es aproximadamente la misma temperatura que la del flujo de medio de trabajo líquido presionizado 14 o el flujo de medio de trabajo líquido 13 (12,3ºC). La potencia eléctrica que puede ser generada bajo estas condiciones, mediante la turbina 2, es de 6925 kW.
A diferencia de ello, la figura 3 muestra el circuito de uno de los dispositivos 30 conocidos en el estado actual de la técnica como KCS 11 (Kalina Cycle System 11), para la ejecución del ciclo termodinámico. Para una mejor comparación del dispositivo conocido 30 con el dispositivo acorde a la invención, representado en la figura 1, los elementos o flujos de medio de trabajo correspondientes tienen las mismas referencias. El dispositivo 30 se diferencia del dispositivo acorde a la invención representado en la figura 1 a través de un termocambiador de calentamiento previo HE3 (recuperativo) adicional, conectado del lado del primario entre la bomba 3 y el separador 4 y del lado del secundario, entre el termocambiador HE2 y el condensador HE1. Mediante el termocambiador HE3 se calienta el flujo de medio de trabajo líquido presionizado 14 hasta alcanzar su punto de ebullición, a través de una condensación parcial adicional del flujo de medio de trabajo distendido parcialmente condensado 12. El primer flujo parcial 16 presenta entonces una temperatura de agua saturada y es conducido con esta temperatura al termocambiador HE4. Debido a esta temperatura notablemente mayor que la del flujo de medio de trabajo líquido 13, en los termocambiadores HE4 y HE5 el calor del flujo de agua termal 20 es menos aprovechable.
La figura 4 muestra un cálculo de un circuito para un dispositivo conocido en el estado actual de la técnica para la ejecución del ciclo termodinámico que corresponde, esencialmente, al dispositivo 3 representado en la figura 30 y, adicionalmente, sólo fue completado con algunas válvulas 19 y un circuito de separador 27. Como condiciones iniciales para los cálculos se utilizaron las mismas condiciones iniciales que en el cálculo para el circuito acorde a la figura 2.
La tabla 3 muestra, para algunos flujos seleccionados del circuito, el resultado del cálculo del circuito, asimismo, la potencia de los termocambiadores se seleccionó acorde a la tabla 4.
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TABLA 3
3
TABLA 4
5
La potencia eléctrica que se puede obtener en este caso es de sólo 6638 kW. La potencia eléctrica que se puede obtener es, entonces, en el caso del circuito acorde a la invención acorde a las figuras 1 y 2, un 4,3% mayor que en el caso del circuito conocido en el estado actual de la técnica. Esta ganancia adicional se debe a la mayor extracción de calor del agua termal (la temperatura del agua termal evacuada 22 es de sólo 50,59ºC en el caso del circuito acorde a la figura 2, en comparación con los 70,06ºC en el caso del circuito acorde a la figura 4) y del caudal de masa mayor que se puede obtener gracias a ello, del medio de trabajo antes de la entrada a la turbina 2 (30,2 kg/s en el caso del circuito acorde a la figura 2 y 29 kg/s en el caso del circuito acorde a la figura FIG 4).
La demanda de mayor superficie de calefacción, también debido a la potencia elevada del termocambiador, de 6,25% tiene como consecuencia una demanda de inversión mayor. Pero estos costos incrementados pueden ser compensados en gran parte, gracias a la conducción de tuberías simplificada en el lado de escape de la turbina 2 y a que se prescinde del termocambiador de calentamiento previo HE3, de modo que los costos de la instalación son esencialmente los mismos.
La presente invención ha sido descrita a partir de ejemplos de ejecución preferidos, pero no debe ser considerada como limitada a estos ejemplos. Muy por le contrario, existe la posibilidad de una gran cantidad de variaciones y modificaciones de la invención, es decir, de estos ejemplos de ejecución. Por ejemplo, se puede incrementar la cantidad de termocambiadores, se pueden conmutar válvulas y separadores adicionales en el circuito, como se puede observar en el ejemplo de circuito de la figura 2. Además se puede, por ejemplo, distender el flujo de medio de trabajo gaseoso 10 en más de un paso, por ejemplo, en dos turbinas conectadas una tras otra.

Claims (6)

1. Procedimiento para la ejecución de un ciclo termodinámico que presenta, al menos, los siguientes pasos:
-
bombeado de un flujo de medio de trabajo líquido (13) a una presión elevada;
-
división del flujo de medio de trabajo líquido presionizado (14), en un primer flujo parcial (16) y un segundo flujo parcial (17), asimismo, el primer flujo parcial y el flujo de medio de trabajo líquido (13) presentan, esencialmente, la misma temperatura;
-
evaporación parcial del primer flujo parcial (16) utilizando calor generado por refrigeración de una fuente de calor (20 o 21);
-
evaporación parcial del segundo flujo parcial (17) utilizando calor generado por condensación parcial de un flujo de medio de trabajo distendido (11);
-
reunión del primer y el segundo flujo parcial, parcialmente evaporados (16a y 17a) formando un flujo de medio de trabajo parcialmente evaporado (18);
-
generación de un flujo de medio de trabajo gaseoso (10) mediante evaporación completa, eventualmente, por sobrecalentamiento parcial, del flujo de medio de trabajo parcialmente evaporado (18) utilizando calor, generado por la refrigeración de la fuente de calor (20),
-
distensión del flujo de medio de trabajo gaseoso (10), conversión de su energía en una forma utilizable y generación del flujo de medio de trabajo distendido (11); y
-
condensación completa del flujo de medio de trabajo distendido, parcialmente condensado (12) para la formación del flujo de medio de trabajo líquido (13), asimismo, el primer y el segundo flujo parcial, parcialmente evaporados (16a y 17a) presentan, aproximadamente, la misma temperatura y la misma proporción de vapor, asimismo, se utiliza una mezcla de amoníaco y agua como medio de trabajo.
2. Procedimiento acorde a la reivindicación 1, en el cual se utiliza un líquido geotérmico, especialmente, agua termal, como fuente de calor (20).
3. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones anteriores, en el cual la fuente de calor (20) presenta una temperatura de 100ºC a 200ºC, especialmente, de 140ºC a 200ºC.
4. Dispositivo para la ejecución de un ciclo termodinámico, especialmente, para la realización del procedimiento acorde a una de las reivindicaciones 1 a 3, con, al menos
-
una bomba (3) para bombear un flujo de medio de trabajo líquido (13) a una presión elevada;
-
un separador (4) para la división del flujo de medio de trabajo líquido presionizado (14) en un primer flujo parcial (16) y un segundo flujo parcial (17), asimismo, el primer flujo parcial (16) y el flujo de medio de trabajo líquido (13) presentan esencialmente la misma temperatura;
-
un primer termocambiador (HE 4) para alojar el primer flujo parcial (16) y para generar y liberar un primer flujo parcial parcialmente evaporado (16a) a través de la refrigeración de una fuente de calor (20);
-
un segundo termocambiador (HE 2) para alojar un flujo de medio de trabajo distendido (11) y el segundo flujo parcial (17), para refrigerar el flujo de medio de trabajo distendido (11) a través de la transmisión de calor al segundo flujo parcial (17) y para la liberación de un segundo flujo parcial parcialmente evaporado (17a) y un flujo de medio de trabajo distendido, parcialmente condensado (12);
-
un mezclador (5) para la reunión del primer flujo parcial (16a) y el segundo flujo parcial parcialmente evaporado (17a) formando un flujo de medio de trabajo parcialmente evaporado (18);
-
un tercer termocambiador (HE 5) para alojar el flujo de medio de trabajo parcialmente evaporado (18) y para generar y liberar un flujo de medio de trabajo gaseoso, eventualmente sobrecalentado (10) a través de la refrigeración de una fuente de calor (20);
-
un dispositivo (2), especialmente, una turbina, para la distensión del flujo de medio de trabajo gaseoso (10), para la conversión de su energía en una forma utilizable y la liberación del flujo de medio de trabajo distendido (11); y
-
un cuarto termocambiador (condensador) (HE 1) para alojar y condensar completamente el flujo de medio de trabajo distendido y parcialmente condensado (12) y para la liberación del flujo de medio de trabajo líquido (13), asimismo, el primer y el segundo termocambiador (HE 2 y HE 4) están dimensionados de modo tal que el primer y el segundo flujo parcial, parcialmente evaporados (16a y 17a) presenten aproximadamente la misma temperatura y la misma proporción de vapor, asimismo, el medio de trabajo es una mezcla de amoníaco y agua.
5. Dispositivo acorde a la reivindicación 4, en el cual está previsto un líquido geotérmico, especialmente, agua termal, como fuente de calor (20).
6. Dispositivo acorde a una de las reivindicaciones 4 a 5, en el cual la fuente de calor (20) presenta una temperatura de 100ºC a 200ºC, especialmente, de 140ºC a 200ºC.
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PT (1) PT1649147E (es)
WO (1) WO2005014981A1 (es)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005025981A1 (de) * 2005-06-03 2008-03-27 Remstedt, Hans Gotthard, Dr. Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus der Entspannung einer Turbine bis in den Bereich tiefer Temperatur, die seine Enthalpie aus zugeführter Wärme eines Verbrennungsgas-Luftgemisch erhält und in und nach dessen Durchlauf als Nebenprodukt Wasser und Kälte liefert
WO2008013843A2 (en) * 2006-07-26 2008-01-31 Praxair Technology, Inc. Oxygen enhanced combustion in industrial processes
AU2008291094A1 (en) * 2007-08-31 2009-03-05 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for converting thermal energy into mechanical energy
JP2012510016A (ja) * 2007-11-29 2012-04-26 ロロ ギルバート ガル ベン 電力を生成するための閉鎖型熱力学的システム
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
US20120047889A1 (en) * 2010-08-27 2012-03-01 Uop Llc Energy Conversion Using Rankine Cycle System
US8555643B2 (en) * 2011-06-15 2013-10-15 Kalex Llc Systems and methods extracting useable energy from low temperature sources
JP5800295B2 (ja) 2011-08-19 2015-10-28 国立大学法人佐賀大学 蒸気動力サイクルシステム
KR101294974B1 (ko) * 2011-12-26 2013-08-09 재단법인 포항산업과학연구원 열에너지를 전환하는 방법 및 장치
EP2912285A4 (en) * 2012-08-28 2016-07-20 Henry A Mlcak ADJUSTABLE SYSTEMS AND METHOD FOR INCREASING THE EFFICIENCY OF A KALINA CIRCULAR PROCESS
EP2930319B1 (en) * 2012-12-06 2020-02-05 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Rankine cycle device operation method
US9702270B2 (en) 2013-06-07 2017-07-11 Her Majesty The Queen In Right Of Canada As Represented By The Minister Of Natural Resources Hybrid Rankine cycle
DE102013227061A1 (de) * 2013-12-23 2015-06-25 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Abtrennung von Wasser aus einem Wasser enthaltenden Fluidgemisch
CN107387183A (zh) * 2017-08-28 2017-11-24 大连理工大学 一种液化天然气冷能发电的动力循环系统及发电方法
CN110821584A (zh) * 2018-08-13 2020-02-21 电力规划总院有限公司 一种超临界二氧化碳朗肯循环系统及联合循环系统
US10914266B2 (en) * 2018-11-05 2021-02-09 Volvo Car Corporation Two stage compact evaporator for vehicle waste heat recovery system
EP3757359A1 (en) * 2019-06-26 2020-12-30 Siemens Aktiengesellschaft Parallel regenerative cycle in organic rankine cycle with convective heat source
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
US12312981B2 (en) 2021-04-02 2025-05-27 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods utilizing gas temperature as a power source
US11280322B1 (en) 2021-04-02 2022-03-22 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems for generating geothermal power in an organic Rankine cycle operation during hydrocarbon production based on wellhead fluid temperature
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
US11592009B2 (en) 2021-04-02 2023-02-28 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US11493029B2 (en) 2021-04-02 2022-11-08 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US11480074B1 (en) 2021-04-02 2022-10-25 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods utilizing gas temperature as a power source
US11326550B1 (en) 2021-04-02 2022-05-10 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods utilizing gas temperature as a power source
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
US11644015B2 (en) 2021-04-02 2023-05-09 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US12534990B2 (en) 2022-12-29 2026-01-27 Ice Thermal Harvesting, Llc Power generation assemblies for hydraulic fracturing systems and methods
US12180861B1 (en) 2022-12-30 2024-12-31 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods to utilize heat carriers in conversion of thermal energy
CN120830953B (zh) * 2025-09-16 2025-12-02 上海环保(集团)有限公司 一种空调机组复合系统及控制方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4899545A (en) * 1989-01-11 1990-02-13 Kalina Alexander Ifaevich Method and apparatus for thermodynamic cycle
US5029444A (en) * 1990-08-15 1991-07-09 Kalina Alexander Ifaevich Method and apparatus for converting low temperature heat to electric power
US6058695A (en) 1998-04-20 2000-05-09 General Electric Co. Gas turbine inlet air cooling method for combined cycle power plants
DE10052414A1 (de) * 2000-10-23 2002-05-08 Frank Eckert Verfahren zum Betreiben einer Energieumwandlungseinrichtung sowie Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens
US6604364B1 (en) * 2002-11-22 2003-08-12 Praxair Technology, Inc. Thermoacoustic cogeneration system
US6769256B1 (en) * 2003-02-03 2004-08-03 Kalex, Inc. Power cycle and system for utilizing moderate and low temperature heat sources

Also Published As

Publication number Publication date
EP1649147A1 (de) 2006-04-26
NO330375B1 (no) 2011-04-04
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AU2004263612B2 (en) 2010-04-22
KR20060054394A (ko) 2006-05-22
PT1649147E (pt) 2009-11-06
JP4388067B2 (ja) 2009-12-24
DE10335134A1 (de) 2005-02-17
CA2562886C (en) 2013-09-24
DE502004010080D1 (de) 2009-10-29

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