BR112016000329B1

BR112016000329B1 - Método para a recuperação e atualização de calor

Info

Publication number: BR112016000329B1
Application number: BR112016000329-2A
Authority: BR
Inventors: Petrus Carolus Van Beveren
Original assignee: Duynie Sustainable Energie B.V.
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2022-10-04
Also published as: EP3019717A2; JP2016531263A; NO3019717T3; EA031586B1; ES2672308T3; EP3033498B1; SI3033498T1; EP3019717B1; PT3033498T; RS57343B1; HUE038186T2; US9879568B2; HRP20180961T1; CN105378234B; PL3019717T3; JP2016524120A; LT3033498T; ES2649166T3; CN105378234A; WO2015004515A3

Abstract

MÉTODO PARA A RECUPERAÇÃO E ATUALIZAÇÃO DE CALOR E EQUIPAMENTO CORRESPONDENTE. Um método para a recuperação e atualização de calor compreende ciclos de etapas subsequentes para prover um fluido de trabalho compreendendo uma fase líquida em um fluxo do fluido de trabalho; transferir o calor para o fluxo do fluido de trabalho como evaporar parcialmente o fluido de trabalho na fase líquida para obter um fluxo do fluido de trabalho em duas fases na fase líquida e na fase gasosa; comprimir o fluxo do fluido de trabalho em duas fases de maneira a aumentar a temperatura e a pressão do fluido de trabalho e para evaporar o fluido de trabalho na fase líquida; e transferir calor do fluxo do fluido de trabalho por meio da condensação do fluido de trabalho. Na primeira etapa, o fluido de trabalho está preferencialmente em um fluxo do fluido de trabalho predominantemente em fase única na fase líquida quando o calor é transferido para o fluido de trabalho. Na terceira etapa, o fluido de trabalho na fase líquida é preferencialmente evaporado de maneira que um fluxo do fluido de trabalho em duas fases seja mantido, especialmente um fluido de trabalho na fase de gás úmido.(...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção se refere a um método para a recuperação e atualização de calor compreendendo ciclos de etapas subsequentes de provisão de um fluido em um fluxo de fluido; transferir calor para o fluxo de fluido como para evaporar o fluido; comprimir o fluido; e transferir calor do fluido.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

[002] Esse método é conhecido e aplicado em geral em processos industriais de bomba de calor, em que o calor em uma temperatura relativamente baixa é transferido para aquecer em maior temperatura. Isso é feito por meio da transferência do calor em uma temperatura relativamente baixa para um fluido de trabalho na fase líquida, de maneira que o meio de trabalho evapore para a fase gasosa. Subsequentemente, o fluido de trabalho na fase gasosa é comprimido, o que faz com que a temperatura e a pressão do fluido aumentem, após o que o calor pode ser transferido por meio da condensação do fluido de trabalho para outro meio para o uso daquele meio em uma temperatura relativamente mais alta. As limitações dos sistemas existentes de bomba de calor por compressão são as temperaturas de condensação relativamente baixas de cerca de no máximo 100 °C.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[003] Trata-se de um objetivo da invenção prover um método para a recuperação e atualização de calor que permita fornecer calor em alta temperatura, especialmente em uma temperatura acima de 80 °C ou mesmo 100 °C.

[004] Trata-se de outro ou de um objetivo alternativo da invenção prover um método para a recuperação e atualização de calor que permita fornecer calor em uma temperatura de até 150 °C ou mesmo 175 °C.

[005] É ainda outro ou objetivo alternativo da invenção prover um método para a recuperação e atualização de calor que permita fornecer calor em maior temperatura, de um meio tendo uma menor temperatura na faixa de 60 °C a 120 °C.

[006] É ainda outro ou objetivo alternativo da invenção prover um método para a recuperação e atualização de calor que permita a recuperação e o reuso de fluxos de calor de rejeitos industriais da ordem de 100 °C em uma temperatura que esteja na faixa de 200 °C.

[007] É ainda outro ou objetivo alternativo da invenção prover um método eficiente para a recuperação e atualização de calor na faixa de alta temperatura.

[008] É ainda outro ou objetivo alternativo da invenção prover um compressor para uso no método para a recuperação e atualização de calor que forneça calor de forma eficiente em alta temperatura.

[009] Pelo menos um dos objetivos acima é alcançado por meio de um método para a recuperação e atualização de calor compreendendo ciclos de etapas subsequentes de: a. - prover um fluido de trabalho compreendendo uma fase líquida em um fluxo do fluido de trabalho; b. - transferir calor para o fluxo do fluido de trabalho, como evaporar parcialmente o fluido de trabalho na fase líquida para obter um fluxo do fluido de trabalho em duas fases na fase líquida e na fase gasosa; c. - comprimir o fluxo do fluido de trabalho em duas fases, de maneira a aumentar a temperatura e a pressão do fluido de trabalho e para evaporar o fluido de trabalho na fase líquida; e d. - transferir o calor do fluxo do fluido de trabalho por meio da condensação do fluido de trabalho.

[010] O método produz um aumento de temperatura do meio de trabalho por compressão, o que faz com que o fluido de trabalho na fase líquida evapore. A evaporação limita o aumento da temperatura, mas produz um aumento da pressão. O fluido de trabalho é comprimido para produzir um regime de condensação do fluido de trabalho em uma temperatura desejada, para a qual é necessária uma pressão suficientemente alta. A compressão de um fluido de trabalho na fase gasosa somente forneceria o denominado superaquecimento da fase gasosa, que drasticamente reduz a eficiência do processo. O método da invenção permite atingir uma alta temperatura em um regime de condensação do fluido de trabalho na fase gasosa, de maneira que o calor em alta temperatura possa ser recuperado e atualizado para uma alta temperatura e subsequentemente ser transferido do fluido de trabalho para reuso em outro ou no mesmo processo.

[011] Preferencialmente, a etapa a compreende a provisão do fluido de trabalho em um fluxo do fluido de trabalho predominantemente em fase única na fase líquida para uma transferência de calor muito eficiente para o fluxo do fluido de trabalho.

[012] Em outra realização preferida, a etapa c compreende comprimir o fluido de trabalho para evaporar o fluido de trabalho na fase líquida, de maneira que um fluxo do fluido de trabalho em duas fases seja mantido, especialmente um fluido de trabalho na fase de gás úmido. Tendo evaporado todo o fluido de trabalho na fase líquida, permite uma obtenção mais eficiente e precisa do regime de condensação necessária da temperatura e da pressão do fluido de trabalho. No caso em que algum fluido de trabalho na fase líquida ainda esteja presente após a compressão, pode evaporar após a compressão e influenciar de forma adversa a temperatura e a pressão do fluido de trabalho.

[013] Em uma realização vantajosa, o fluido de trabalho compreende primeiro e segundo componentes, uma temperatura de ebulição do segundo componente sendo mais baixa que uma temperatura de ebulição do primeiro componente na mesma pressão. Vantajosamente, uma temperatura de ebulição do fluido de trabalho está entre as temperaturas de ebulição do primeiro e segundo componentes e dependentes da razão em que o primeiro e segundo componentes estão presentes no fluido de trabalho. Esse fluido de trabalho binário permite estabelecer as características, como uma temperatura necessária de ebulição e condensação do fluido de trabalho, e a sintonia do fluido de trabalho em um processo específico de recuperação de calor em que é empregado.

[014] Preferencialmente, o primeiro e o segundo componentes são selecionados de maneira a prover uma mistura não separada, que é obtida eficientemente quando o primeiro e o segundo componentes forem componentes álcali ionizados quando misturados entre si. Em uma realização, o primeiro componente é a água, e o segundo componente é amônia.

[015] Nas realizações da etapa b, o calor é coletado de um primeiro meio e transferido para o fluxo do fluido de trabalho, e/ou na etapa d o calor é transferido para um segundo meio.

[016] Em uma realização preferida, pelo menos parte da fase líquida do fluxo do fluido de trabalho em duas fases é provida como gotículas na etapa c antes e/ou durante a compressão do fluxo do fluido de trabalho e/ou pelo menos parte da fase líquida do fluxo do fluido de trabalho em duas fases é separada do fluxo do fluido de trabalho em duas fases e provida como gotículas na etapa c antes ou durante a compressão do fluxo do fluido de trabalho. As gotículas fornecem uma grande área superficial de gotículas para a razão em volume das gotículas, que produz um aquecimento eficiente e, portanto a evaporação das gotículas de fluido de trabalho na fase líquida. Um maior volume do volume de trabalho na fase líquida evapora quando apresentado sob a forma de gotículas durante a compressão do fluido de trabalho.

[017] Em uma realização vantajosa, as gotículas são providas em uma entrada e/ou em uma câmara de compressão de um compressor para a compressão do fluido de trabalho. Introduzindo as gotículas logo na entrada e/ou na câmara de compressão garante que as gotículas estejam presentes durante a compressão do fluido de trabalho na câmara de compressão, que de outra forma poderia ter fundido em um maior volume do fluido de trabalho na fase líquida.

[018] Em outra realização preferida, a fase líquida do fluxo do fluido de trabalho em duas fases é provida como um spray de finas gotículas, que proporciona uma sempre maior área superficial em relação à razão em volume das gotículas para mesmo uma maior evaporação aperfeiçoada durante a compressão.

[019] Em uma realização, o método compreende subsequente à etapa c, a etapa de expansão do fluxo do fluido de trabalho. Essa etapa adicional é preferencialmente realizada após a transferência de calor do fluido de trabalho. Vantajosamente, a potência é recuperada da expansão do fluido de trabalho. Em uma realização, que pode, por exemplo, ser obtida quando o fluido de trabalho é expandido em um expansor ou turbina de deslocamento positivo.

[020] Em outro aspecto, a invenção provê um compressor para uso na etapa c do método acima, em que o compressor é configurado para comprimir um fluido de trabalho em duas fases, de maneira a aumentar a temperatura e a pressão do fluido de trabalho e para evaporar o fluido de trabalho na fase líquida.

[021] Nas realizações, o compressor compreende uma montagem de distribuição configurada para prover pelo menos parte da fase líquida do fluxo do fluido de trabalho em duas fases (12) como gotículas no compressor e o compressor pode compreender uma montagem de separação configurada para separar pelo menos parte da fase líquida do fluxo do fluido de trabalho em duas fases (12) do fluxo do fluido de trabalho em duas fases e uma montagem de distribuição configurada para prover a fase líquida separada como gotículas no compressor.

[022] Em uma realização preferida, a montagem de distribuição é configurada para prover gotículas em uma entrada e/ou em uma câmara de compressão do compressor.

[023] Em outra realização preferida, a montagem de distribuição é configurada para prover a fase líquida do fluxo do fluido de trabalho em duas fases como um spray de finas gotículas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[024] Outras características e vantagens da invenção se tornarão aparentes a partir da descrição da invenção por meio de realizações não limitadoras e não exclusivas. Essas realizações não devem ser entendidas como limitadoras do escopo de proteção. Podem ser imaginadas várias outras realizações dentro do escopo da invenção. As realizações da invenção serão descritas com referência aos desenhos de acompanhamento, em que símbolos de referência iguais ou similares denotam peças iguais, as mesmas ou correspondentes e em que:

[025] A Figura 1 mostra um fluxograma de uma realização da invenção;

[026] A Figura 2 mostra um fluxograma de uma modificação da realização da figura 1; e

[027] A Figura 3 mostra um fluxograma de outra realização da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS REALIZAÇÕES

[028] Uma realização na qual é implementado o método para a recuperação e atualização de calor da invenção é mostrada na figura 1. A Figura 1 mostra um fluxograma de um ciclo de processo no qual um fluido de trabalho é circulado em um circuito principal 10. O circuito 10 compreende um primeiro trocador de calor 20, um compressor 30, um segundo trocador de calor 40, um expansor 50 e um terceiro trocador de calor 60. Uma bomba 70 pode ser também incorporada no circuito 10 para fornecer um fluxo de fluido de trabalho no interior do circuito. Em alguns processos, um fluxo do fluido de trabalho é induzido pelo próprio processo, de maneira que uma bomba 70 possa ser dispensada nessas ocasiões.

[029] Um fluxo 21 de um primeiro meio, compreendendo gases quentes, incluindo vapor, em uma temperatura de cerca de 120 °C e que se origina de um processo, é passado pelo trocador de calor 20. O fluxo 21 na presente realização se trata de um fluxo de gases e vapor quentes proveniente de um forno de frituras, em que são produzidas batatas tipo chips. Os gases e o vapor são retirados do forno usando um ou mais ventiladores (não mostrados nas figuras). O fluxo 21 de gases e vapor quentes é enviado para o primeiro trocador de calor 20, no qual o calor é transferido dos gases e vapores quentes no fluxo 21 para o fluido de trabalho do fluxo do fluido de trabalho no circuito 10. O fluxo do fluido de trabalho no circuito 10 pode, em geral, também ser denominado de um fluxo do fluido de trabalho 10, que flui na direção indicada pelas flechas na figura 1. Pode ser empregado também em uma ampla faixa de outras aplicações. Um primeiro fluxo intermediário 22 que liberou calor sai do primeiro trocador de calor 20 e pode ainda ser usado para liberar mais calor como será descrito mais abaixo em relação à realização da figura 2.

[030] O fluido de trabalho compreende um primeiro e um segundo componentes, sendo a água como o primeiro componente e amônia como o segundo componente na realização descrita. A fração de amônia no fluido de trabalho água/amônia pode estar na faixa de 0,1% a cerca de 50%. O primeiro e o segundo componentes do fluido de trabalho são selecionados de maneira a prover uma mistura não separada, preferencialmente, de álcali ionizado como primeiro e segundo componentes quando misturados entre si. Uma temperatura de ebulição do segundo componente, sendo a amônia na realização descrita, é menor que uma temperatura de ebulição do primeiro componente, sendo a água na realização descrita, do fluido de trabalho. Uma temperatura de ebulição do fluido de trabalho está entre as temperaturas de ebulição dos primeiro e segundo componentes separados e dependente da razão em que o primeiro e segundo componentes estão presentes no fluido de trabalho.

[031] O fluido de trabalho é provido em uma fase líquida predominante em uma pressão de cerca de 1 bar e uma temperatura da ordem de 30 °C a 70 °C no fluxo do fluido de trabalho 10 na parte do circuito 11 logo antes do primeiro trocador de calor 20. As temperaturas e pressões reais reveladas podem ser dependentes da implementação do processo. Após a transferência de calor para o fluxo do fluido de trabalho 10, o fluido de trabalho na fase líquida é parcialmente evaporado. O processo é realizado de maneira que nem todo o fluido de trabalho é evaporado para a fase gasosa. A quantidade de calor transferido em relação à quantidade e vazão do fluido de trabalho fase líquida provida no primeiro trocador de calor 20 deve ser de maneira que algum fluido de trabalho ainda esteja na fase líquida na parte do circuito 12 ao ter passado pelo primeiro trocador de calor 20. Portanto, um fluxo do fluido de trabalho em duas fases, compreendendo fluido de trabalho na fase líquida e na fase gasosa, está presente na parte do circuito 12 após o primeiro trocador de calor 20 em uma pressão de cerca de 1 bar e uma temperatura de cerca de 97 °C.

[032] Nota-se que o gás e o vapor como usados na presente são idênticos, já que ambos podem ser condensados a partir da fase de gás/vapor para a fase líquida e a fase líquida pode ser evaporada para a fase de gás/vapor. O termo vapor tende a ser usado para o vapor de água.

[033] O fluxo do fluido de trabalho em duas fases 12 passa subsequentemente para o compressor 30 para ser comprimido a uma pressão com uma temperatura de condensação predeterminada do fluido de trabalho na fase gasosa após a compressão. Durante a compressão, a temperatura do fluido de trabalho aumenta e pelo menos parte do fluido de trabalho na fase líquida é evaporada para a fase gasosa. Esta é uma importante etapa para limitar a temperatura do fluido de trabalho após a compressão. Preferencialmente, somente parte do fluido de trabalho na fase líquida evapora em compressão por meio do compressor 30 para produzir um fluxo do fluido de trabalho na fase de gás úmido (duas fases), de maneira a evitar o superaquecimento do fluido de trabalho. Tendo nem todo o evaporado na fase líquida, proporciona um fluxo do fluido de trabalho no qual a fase gasosa e a fase líquida estão em equilíbrio. Após a compressão, a temperatura do fluido de trabalho é cerca de 185 °C e sua pressão cerca de 12 bar.

[034] Em um estágio de compressão, parte do fluxo do fluido de trabalho entra no compressor 30 na fase líquida. A evaporação do fluido de trabalho na fase líquida após a compressão limita o aumento da temperatura do fluido de trabalho na fase gasosa após a compressão até uma temperatura ou faixa de temperaturas desejada e predeterminada. A taxa de compressão do compressor 30 é ajustada de maneira a obter uma pressão ou faixa de pressões desejada e predeterminada do fluido de trabalho na fase gasosa na parte do circuito 13. A quantidade de fluido de trabalho na fase líquida presente antes da compressão é de maneira que a pressão e a temperatura do fluxo do fluido de trabalho 13 após a compressão estejam dentro dos níveis ou faixas desejadas e predeterminadas. Para obter uma evaporação eficiente do fluido de trabalho na fase líquida após a compressão, o fluido de trabalho na fase líquida é provido como gotículas no fluxo do fluido de trabalho 12 logo antes e/ou durante a compressão pelo compressor 30. Uma evaporação eficiente do fluido de trabalho na fase líquida evita o superaquecimento do fluido de trabalho na fase gasosa até uma temperatura que não esteja em equilíbrio com a fase líquida. O fluido de trabalho na fase líquida é provido preferencialmente como um spray, compreendendo gotículas muito pequenas do fluido de trabalho na fase líquida para obter uma alta razão da superfície das gotículas em relação ao volume de gotículas, de maneira a ser alcançada uma transferência de calor muito eficiente para a gotícula e, portanto a evaporação de uma gotícula. Na presente realização, a taxa de compressão do compressor é ajustada para obter uma pressão do fluido de trabalho na fase gasosa com uma correspondente temperatura de condensação de cerca de 180 °C na parte do circuito 13.

[035] O fluido de trabalho úmido comprimido na fase gasosa subsequentemente entra em um segundo trocador de calor 40, no qual o fluido de trabalho na fase gasosa é condensado para liberar calor. A condensação é obtida de forma eficiente quando o fluido de trabalho na fase gasosa estiver em equilíbrio com o fluido de trabalho na fase líquida no fluxo do fluido de trabalho. O calor é liberado para um fluxo 41 de um segundo meio, sendo o óleo de fritura proveniente do forno de frituras na realização revelada. O óleo de fritura deve ter uma temperatura de cerca de 180 °C no forno de fritura, mas é resfriado para cerca de 153 °C devido ao processo de fritura das batatas tipo chips. O fluxo 41 do óleo de fritura do forno de frituras tem temperatura de cerca de 153 °C, sendo aquecido para cerca de 180 °C no fluxo do óleo de fritura 42 pelo trocador de calor 40 pela liberação de calor do fluido de trabalho condensado. O fluxo do óleo de fritura 42 passa para o forno de frituras (não mostrado nas figuras) para reuso no processo de fritura.

[036] Depois da liberação do calor no segundo trocador de calor 40, o fluido de trabalho comprimido tem uma temperatura de cerca de 173 °C e passa para um expansor 50 para reduzir a pressão do fluido de trabalho de cerca de 12 bar para cerca de 1 bar. O fluido de trabalho em expansão libera potência para o expansor 50, que é usado para a recuperação de potência. Após a expansão no expansor 50, um fluido de trabalho em duas fases continua como um fluxo do fluido de trabalho tendo uma fase líquida e uma fase gasosa na parte do circuito 15. O compressor 30 e o expansor 50 são preferencialmente do tipo de deslocamento positivo, como um rotor de Lysholm ou um rotor do tipo de venezianas. O expansor pode compreender uma turbina.

[037] A potência recuperada pelo expansor 50 é usada para assistir no acionamento do compressor 30. Um motor elétrico (não mostrado) para acionar o compressor 30, expansor 50 e compressor 30 pode ser montado em um trem de acionamento comum (em um eixo comum). Alternativamente, o expansor pode gerar potência elétrica, por exemplo, quando configurado como um expansor-gerador. O motor elétrico aciona o compressor assistido pela potência (elétrica) do expansor 50. A potência liberada do fluido de trabalho no expansor 50 é assim recuperada e reutilizada na compressão do fluido de trabalho pelo compressor 30.

[038] Um sensor de pressão (não mostrado nas figuras) é montado na parte do circuito 13 para monitorar uma pressão do fluido de trabalho comprimido na fase gasosa, que deve ser comprimido a uma pressão predeterminada produzindo uma temperatura desejada de condensação do fluido de trabalho comprimido na fase gasosa. A pressão medida pelo sensor de pressão passa em um circuito de controle (não mostrado nas figuras) para o motor elétrico que aciona o compressor 30 para controlar a velocidade rotacional do motor elétrico e do compressor 30 de maneira a ajustar a razão de compressão do compressor 30 que produz uma pressão predeterminada do fluido de trabalho comprimido na fase gasosa na parte do circuito 13.

[039] O fluxo do fluido de trabalho expandido em duas fases 15 passa para um terceiro trocador de calor 60, na realização mostrada, na qual o fluido de trabalho é condensado para produzir um fluxo do fluido de trabalho substancialmente em fase simples na parte do circuito 16. No terceiro trocador de calor 60 o calor é liberado do fluxo do fluido de trabalho em duas fases 15 para outro segundo meio, que é a água de produção na realização revelada. Um fluxo da água de produção 61 entra no trocador de calor 60 em uma temperatura de cerca de 25 °C, que está bem abaixo das temperaturas de ebulição tanto do primeiro como do segundo componentes, sendo água e amônia do fluido de trabalho, de maneira a permitir a condensação do fluido de trabalho. Um fluxo da água de produção 62 tendo a temperatura de cerca de 60 °C deixa o terceiro trocador de calor 60. A temperatura real do fluxo da água de produção 62 que deixa o trocador de calor 60 é regida pelo projeto do terceiro trocador de calor e pelas condições de fluxo do fluxo do fluido de trabalho e do fluxo da água de produção. A água de produção pode ser usada para lavar, limpar e aquecer. A temperatura do fluido de trabalho depois do trocador de calor está também na faixa de cerca de 60 °C.

[040] O fluxo do fluido de trabalho (substancialmente) em fase única 16 é bombeado pela bomba de alimentação 70 na direção da parte do circuito 11, onde é apresentado como um fluxo do fluido de trabalho (substancialmente) na fase única 11 para o primeiro trocador de calor 20. A bomba 70 pouco aumenta a pressão do fluido de trabalho na realização mostrada. Nesse ponto, o ciclo é repetido e continua como foi descrito. No ciclo, o calor é recuperado e transferido de um primeiro fluxo intermediário 21 resultando de um processo de produção no primeiro trocador de calor 20 para uma fase líquida de um fluxo do fluido de trabalho 11 de maneira a evaporar parcialmente da fase líquida para a fase gasosa. O fluxo do fluido de trabalho resultante em duas fases 12 é atualizado por uma considerável compressão no compressor 30 para produzir um fluxo do fluido de trabalho 13 em uma pressão tendo uma alta temperatura de condensação. O calor contido no fluxo do fluido de trabalho em alta temperatura 13 pode ser empregado de forma muito eficiente nos processos de produção, do qual é dado um exemplo nas realizações reveladas.

[041] A Figura 2 indica uma modificação da realização mostrada na figura 1. Realmente são feitas duas modificações na realização da figura 2. Em uma primeira modificação é provido um ciclo de bypass 110. Um fluxo do fluido de trabalho em bypass 111 do fluxo do fluido de trabalho 16 passa para um separador 120 para separar o fluido de trabalho na fase gasosa do fluido de trabalho na fase líquida. O fluido de trabalho na fase líquida continua para parte do circuito 11 e um fluxo de fluido de trabalho na fase gasosa 112 passa do separador 120 para um condensador resfriado a ar 130, no qual o fluido de trabalho libera calor para a atmosfera.Um fluxo do fluido de trabalho condensado na fase líquida 113 é fundido novamente ao fluxo do fluido de trabalho 16 como mostrado na figura 2. O ciclo de bypass 110 pode ser necessário quando não existir água de produção suficiente para fazer a condensação do fluido de trabalho no terceiro trocador de calor 60. A necessidade de água quente de produção pode ser descontínua, exigindo uma alternativa para ter o fluido de trabalho condensado em um (substancialmente) fluxo do fluido de trabalho na fase única 11.

[042] Em uma segunda modificação, um circuito auxiliar 210 é conectado ao circuito principal 10 por meio do trocador de calor 220. O primeiro fluxo intermediário 22 de gases e vapor de fritura parcialmente condensados do primeiro trocador de calor 20 é conduzido para o trocador de calor auxiliar 220, no qual o calor é ainda liberado para um fluido de trabalho auxiliar no circuito auxiliar 210. O fluido de trabalho auxiliar é um refrigerante, que é pressurizado em parte do circuito auxiliar 211. A liberação do calor no trocador de calor auxiliar 220 satura o refrigerante pressurizado. O fluxo do refrigerante pressurizado 212 passa para um expansor auxiliar 230 para reduzir a pressão do fluxo do refrigerante e para liberar potência para o compressor auxiliar 230. Um fluxo do refrigerante resultante de duas fases 213 é levado para um separador 240, separando o fluxo do refrigerante em um fluxo do refrigerante na fase líquida em parte do circuito auxiliar 214.1 e um fluxo do refrigerante na fase gasosa 214.2. O fluxo do refrigerante na fase gasosa 214.2 passa para um condensador resfriado a ar 250 para condensar o fluxo do refrigerante na fase gasosa em um fluxo do refrigerante na fase líquida 214.3. O fluxo do refrigerante na fase líquida 214 é bombeado por uma bomba intermediária auxiliar 270 até uma pressão requerida de saturação e para fechar o circuito do refrigerante na direção do trocador de calor auxiliar 220.

[043] A potência recuperada pelo expansor auxiliar 230 é também utilizada para assistir no acionamento do compressor 30 no circuito principal 10 conectando o expansor auxiliar 230 ao trem de acionamento do compressor 30. A potência recuperada pelos expansores 50 e 230 e utilizada para assistir no acionamento do compressor 30 e a recuperação de calor nos trocadores de calor 20, 40, 60 e 220 melhora bastante a eficiência da energia de todo o processo.

[044] O primeiro fluxo intermediário 21, contendo vapor de água e predominantemente ar, está nos dois subsequentes trocadores de calor 20 e 220 condensados em um fluxo de duas fases 23 que passa para um separador 280 para produzir um fluxo de ar 26 e um fluxo de água 25. O fluxo de água 25 pode ser disponibilizado como água de produção depois de uma filtração adicional (não mostrada nas figuras), que reduz ainda mais a demanda de recursos. .

[045] A Figura 3 mostra outra realização em que o circuito principal 10 é amplamente idêntico à realização da figura 1. O circuito principal 10 da realização da figura 3 não tem um expansor no circuito principal. Um circuito auxiliar 310 está conectado ao circuito principal 10 por meio do trocador de calor 60. O circuito auxiliar 310 compreende um fluido de trabalho que é uma mistura de amônia e água, tendo uma menor temperatura de ebulição e de condensação que o fluido de trabalho no circuito principal 10. Nas realizações da figura 3, o fluido de trabalho do circuito auxiliar 310 compreende cerca de 50% de amônia e 50% de água. Entretanto, dependente da aplicação, ambos os componentes podem ser misturados em qualquer proporção.

[046] No terceiro trocador de calor 60 o calor é transferido do fluido de trabalho do circuito principal 10 para o fluido de trabalho auxiliar do circuito auxiliar 310. O fluido de trabalho auxiliar está em uma pressão de cerca de 71 bar no trocador de calor 60 e depois do trocador de calor a temperatura do fluido de trabalho auxiliar é cerca de 170 °C. Subsequentemente, o fluido de trabalho auxiliar passa para o expansor 320 para reduzir a pressão e temperatura do fluido de trabalho auxiliar para cerca de 3,5 bar e 67 °C, respectivamente, e para recuperar a potência da expansão do fluido de trabalho auxiliar. Depois da expansão, o fluido de trabalho passa para um condensador resfriado a ar para reduzir ainda mais a temperatura para cerca de 30 °C. A bomba 340 então aumenta a pressão do fluido de trabalho para cerca de 71 bar em um pequeno aumento de temperatura para cerca de 31 °C, após o que o ciclo do circuito auxiliar 310 é novamente repetido. Na realização da figura 3 a recuperação de potência no circuito auxiliar 310 é mais eficiente que a recuperação de potência na realização da figura 1.

[047] O fluido de trabalho no circuito principal 10 depois do trocador de calor 60 na realização da figura 3 tem uma temperatura de cerca de 34 °C e uma pressão de cerca de 12 bar. A pressão é ainda reduzida pela válvula de expansão 80 para cerca de 1 bar para passar o fluido de trabalho em uma temperatura e pressão de cerca de 34 °C e 1 bar, respectivamente, para o trocador de calor 20, depois do que o ciclo do circuito principal é novamente repetido.

Claims

1. MÉTODO PARA A RECUPERAÇÃO E ATUALIZAÇÃO DE CALOR, caracterizado por compreender ciclos de etapas subsequentes de: a. prover um fluido de trabalho compreendendo uma fase líquida em um fluxo do fluido de trabalho (11); b. transferir calor (20) para o fluxo do fluido de trabalho (11) tal como evaporar parcialmente o fluido de trabalho na fase líquida para obter um fluxo do fluido de trabalho em duas fases (12) na fase líquida e na fase gasosa; c. comprimir (30) o fluxo do fluido de trabalho em duas fases (12) de maneira a aumentar a temperatura e a pressão do fluido de trabalho e para evaporar o fluido de trabalho na fase líquida; e d. transferir calor (40, 60) do fluxo do fluido de trabalho (13, 14, 15) por meio da condensação do fluido de trabalho.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela etapa a compreender a provisão do fluido de trabalho em um fluxo do fluido de trabalho predominantemente em fase única (11) na fase líquida.

3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pela etapa c compreender a compressão do fluido de trabalho para evaporar o fluido de trabalho na fase líquida, de maneira que um fluxo do fluido de trabalho em duas fases (13) seja mantido, especialmente um fluido de trabalho na fase de gás úmido.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fluido de trabalho compreender o primeiro e o segundo componentes, uma temperatura de ebulição do segundo componente sendo mais baixa que uma temperatura de ebulição do primeiro componente na mesma pressão, opcionalmente, uma temperatura de ebulição do fluido de trabalho estando entre as temperaturas de ebulição do primeiro e do segundo componentes, e dependente da razão em que o primeiro e o segundo componentes estão presentes no fluido de trabalho.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo primeiro e segundo componentes serem selecionados de maneira a prover uma mistura não separada.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 ou 5, caracterizado pelo primeiro e segundo componentes serem componentes álcali ionizados quando misturados entre si.

7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado pelo primeiro componente ser a água e o segundo componente ser amônia.

8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por, na etapa b, o calor ser coletado de um primeiro meio e transferido (20) para o fluxo do fluido de trabalho (11).

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por, na etapa d, o calor ser transferido (40, 60) para um segundo meio.

10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por pelo menos parte da fase líquida do fluxo do fluido de trabalho em duas fases (12) ser provida como gotículas na etapa c antes e/ou durante a compressão (30) do fluxo do fluido de trabalho.

11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por pelo menos parte da fase líquida do fluxo do fluido de trabalho em duas fases (12) ser separada do fluxo do fluido de trabalho em duas fases e provida como gotículas na etapa c antes ou durante a compressão (30) do fluxo do fluido de trabalho.

12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 ou 11, caracterizado pelas gotículas serem providas em uma entrada e/ou em uma câmara de compressão de um compressor (30) para a compressão do fluido de trabalho.

13. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pela fase líquida do fluxo do fluido de trabalho em duas fases (12) ser provida como um spray de gotículas.

14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado por compreender, subsequente à etapa c, a etapa de expansão (50) do fluxo do fluido de trabalho (13, 14), opcionalmente, potência sendo recuperada da expansão (50) do fluido de trabalho.

15. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 ou 14, caracterizado pelo fluido de trabalho ser expandido em um expansor ou turbina de deslocamento positivo (50).