BR112019017292A2 - device to convert thermal energy - Google Patents

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Abstract

dispositivo para converter energia térmica. em um dispositivo para converter energia térmica de uma fonte de calor em energia mecânica por meio de um sistema cíclico termodinâmico com um fluido trocador, que flui no sistema cíclico enquanto é exposto a uma pressão variável, em que a cada pressão respectiva está associado um valor de temperatura de vapor saturado de fluido trocador, assim como um dispositivo de expansão para expandir o fluido trocador de uma pressão elevada para uma pressão reduzida, em que o fluido trocador após a expansão para a pressão reduzida apresenta uma temperatura de escape, havendo previsão da instalação de um dispositivo de ajuste para ajustar a temperatura do vapor de escape em uma temperatura definida de vapor de escape, acima do valor correspondente da temperatura do vapor saturado da pressão reduzida.device to convert thermal energy. in a device to convert thermal energy from a heat source into mechanical energy by means of a thermodynamic cyclic system with an exchanger fluid, which flows in the cyclic system while being exposed to a variable pressure, in which each respective pressure is associated with a value of saturated vapor temperature of exchanger fluid, as well as an expansion device to expand the exchanger fluid from a high pressure to a reduced pressure, in which the exchanger fluid after expansion to the reduced pressure has an escape temperature, with prediction of the installation of an adjustment device to adjust the temperature of the exhaust vapor to a defined temperature of exhaust vapor, above the corresponding value of the saturated vapor temperature of the reduced pressure.

Description

DISPOSITIVO PARA CONVERTER ENERGIA TÉRMICA ANTECEDENTES DA INVENÇÃODEVICE FOR CONVERTING THERMAL ENERGY BACKGROUND TO THE INVENTION

A invenção refere-se a um dispositivo para conversão de energia térmica a partir de uma fonte de calor em energia mecânica por meio de um ciclo termodinâmico com um fluido trocador de calor contido num ciclo fechado e, sujeito a pressões variáveis, estando em cada indice de pressão associado a um correspondente valor da temperatura de saturação do fluido trocador de calor e um uma válvula de expansão para expandir o fluido de trabalho de uma pressão elevada para uma pressão mais baixa, tendo o fluido de trabalho uma temperatura de escape após expansão para a pressão mais baixa. Além disso, a invenção refere-se a um método correspondente para converter energia térmica em energia mecânica.The invention relates to a device for converting thermal energy from a heat source into mechanical energy by means of a thermodynamic cycle with a heat exchanger fluid contained in a closed cycle and, subject to variable pressures, being at each index pressure associated with a corresponding saturation temperature value of the heat exchanger fluid and an expansion valve to expand the working fluid from a high pressure to a lower pressure, the working fluid having an exhaust temperature after expansion to the lowest pressure. In addition, the invention relates to a corresponding method for converting thermal energy to mechanical energy.

Dispositivos e métodos genéricos são usados para gerar energia elétrica a partir da energia térmica para a chamada conversão de calor. Como processo de ciclo termodinâmico, normalmente é realizado o processo do ciclo Rankine, que nas usinas de energia a vapor utiliza amplamente, água como fluido trocador. A água é aquecida a cerca de 600 °C por meio de fontes de calor de alta temperatura, como carvão, gás natural, petróleo e energia nuclear. Se um meio de trabalho orgânico é usado em vez de água, este é chamado de processo ORC (Organic-Rankine-CycleProcess). Os fluidos trocadores de calor orgânicos podem apresentar uma temperatura de ebulição bem abaixo da ebulição de água e atingem o estado gasoso a temperaturas mais baixas. Portanto, processos de ORC são usados para aproveitar energia térmica de fontes de calor de baixa temperatura que apresentam temperaturas entre 60 °C e 200 °C. Essas fontes de calor são fontes solares térmicas ou geotérmicas assim como calor residual de motores, processos de produção industrial eGeneric devices and methods are used to generate electrical energy from thermal energy for the so-called heat conversion. As a thermodynamic cycle process, the Rankine cycle process is normally carried out, which in steam power plants uses water as a exchanger fluid. The water is heated to about 600 ° C using high temperature heat sources, such as coal, natural gas, oil and nuclear energy. If an organic working medium is used instead of water, this is called an ORC process (Organic-Rankine-CycleProcess). Organic heat exchanger fluids can have a boiling temperature well below the boiling water and reach the gaseous state at lower temperatures. Therefore, ORC processes are used to harness thermal energy from low temperature heat sources that have temperatures between 60 ° C and 200 ° C. These heat sources are solar thermal or geothermal sources as well as residual heat from engines, industrial production processes and

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 24/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 24/68

2/37 usinas de biogás. Elas podem ser aproveitadas apenas de forma insuficiente nos dispositivos e métodos convencionais.2/37 biogas plants. They can only be used insufficiently in conventional devices and methods.

Em um processo ciclico termodinâmico, o fluido trocador sofre mudanças periódicas em suas funções de estado termodinâmico, como temperatura e pressão. Dependendo da mudança de estado das funções termodinâmicas o fluido trocador pode absorver energia do ambiente ou liberar energia no ambiente. Neste caso, o fluido trocador é, portanto, exposto a uma pressão variável. Primeiramente é colocado sob uma pressão mais alta ficando em estado liquido e depois vaporizado e superaquecido por meio da transferência de energia térmica de uma fonte de calor. 0 resultado é um vapor de fluido trocador, comprimido e energético, que pode descarregar novamente sua energia absorvida em uma expansão da pressão aumentada para uma pressão mais baixa por meio de um dispositivo de expansão. A energia assim obtida pode alimentar um gerador que na forma de energia mecânica gerará energia elétrica.In a cyclical thermodynamic process, the exchanger fluid undergoes periodic changes in its thermodynamic state functions, such as temperature and pressure. Depending on the change in state of the thermodynamic functions, the exchanger fluid can absorb energy from the environment or release energy into the environment. In this case, the exchanger fluid is therefore exposed to a variable pressure. First it is placed under a higher pressure, remaining in a liquid state and then vaporized and overheated by transferring thermal energy from a heat source. The result is a compressed, energetic exchanger fluid vapor, which can again discharge its absorbed energy at an expansion of the increased pressure to a lower pressure by means of an expansion device. The energy thus obtained can feed a generator that in the form of mechanical energy will generate electrical energy.

Após a expansão, ou seja, o processo de expansão, o fluido trocador apresenta vapor como vapor de escape geralmente em uma proporção de estado liquido. Esta proporção de fluido no estado liquido reduz a eficiência e a vida útil de muitos dispositivos de expansão. Uma razão importante disto é a necessidade da maioria dos dispositivos de expansão, tais como máquinas de deslocamento positivo e, em particular, o expansor de células de palheta, tipicamente requerem lubrificação com um óleo lubrificante. Por meio do óleo lubrificante, um atrito entre os componentes móveis dos dispositivos de expansão pode ser mantido baixa e as fissuras de vazamento podem ser seladas na área de passagem do fluido trocador que leva ao dispositivo de expansão. Se, porém, com a passagem o óleo lubrificante absorve parte do fluido trocador, as propriedades lubrificantes e as capacidades deAfter expansion, that is, the expansion process, the exchanger fluid presents vapor as exhaust vapor, usually in a proportion of liquid state. This proportion of fluid in the liquid state reduces the efficiency and service life of many expansion devices. An important reason for this is the need for most expansion devices, such as positive displacement machines and, in particular, the vane cell expander, typically require lubrication with a lubricating oil. Through the lubricating oil, a friction between the mobile components of the expansion devices can be kept low and the leakage cracks can be sealed in the area of passage of the exchanger fluid that leads to the expansion device. However, if, with the passage, the lubricating oil absorbs part of the exchanger fluid, the lubricating properties and the

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 25/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 25/68

3/37 vedação do óleo lubrificante diminuem. Propriedades lubrificantes mais baixas aumentam o desgaste das partes móveis. Menor capacidade de vedação leva a maior vazamento do fluido trocador nos dispositivos de expansão e, portanto, a uma menor eficiência. Além disso, é necessária uma energia de aquecimento adicional para uma expulsão térmica subsequente do fluido de trabalho liquido a partir de um óleo lubrificante recirculado, o que reduz ainda mais a eficiência.3/37 lubricant oil seal decreases. Lower lubricating properties increase wear on moving parts. Less sealing capacity leads to greater leakage of the exchanger fluid in the expansion devices and, therefore, less efficiency. In addition, additional heating energy is required for subsequent thermal expulsion of the liquid working fluid from a recirculated lubricating oil, which further reduces efficiency.

Tarefa FundamentalCore Task

A invenção tem por objeto fornecer um aparelho e um método para um ciclo termodinâmico com um fluido trocador para conversão de energia térmica. Neste caso, o ciclo termodinâmico deve ser otimizado, em particular em termos de vida útil e eficiência do dispositivo de expansão e da instalação de expansão.The invention aims to provide an apparatus and a method for a thermodynamic cycle with a heat exchanger fluid for converting thermal energy. In this case, the thermodynamic cycle must be optimized, in particular in terms of the service life and efficiency of the expansion device and the expansion installation.

Solução apresentada pela invenção objetivo de acordo com a invenção é de um dispositivo para a conversão de energia térmica a partir de uma fonte de calor em energia mecânica por um ciclo termodinâmico com um fluido trocador que circula no circuito e, assim, sujeito a uma pressão variável, pelo que para cada pressão, existe um valor da temperatura de vapor saturado do fluido trocador associado, assim como um dispositivo de expansão para expandir o fluido trocador de uma pressão aumentada a uma pressão mais baixa, em que o fluido trocador após expansão para a pressão mais baixa apresenta uma temperatura de vapor de escape. Para resolver isso, está previsto um dispositivo de ajuste para ajustar a temperatura do vapor de escape para uma temperatura definida de vapor de escape que seja acima da temperatura correspondente ao valor associado mais baixo de pressão.Solution presented by the objective invention according to the invention is a device for the conversion of thermal energy from a heat source into mechanical energy by a thermodynamic cycle with a exchanger fluid that circulates in the circuit and, thus, subjected to a pressure variable, so for each pressure, there is a saturated vapor temperature value of the associated exchanger fluid, as well as an expansion device to expand the exchanger fluid from an increased pressure to a lower pressure, where the exchanger fluid after expansion to the lower pressure has an exhaust vapor temperature. To resolve this, an adjustment device is provided to adjust the exhaust vapor temperature to a defined exhaust vapor temperature that is above the temperature corresponding to the lowest associated pressure value.

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 26/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 26/68

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Por meio do dispositivo, objeto da invenção, o fluido trocador que circula no circuito é submetido a uma pressão variável, a qual, em particular, está sujeita a alterações periódicas. Neste caso, o fluido trocador é submetido a indices de pressão variáveis, que especificamente estão sujeitas a alterações periódicas. Deste modo a cada pressão correspondente de vapor saturado ao qual o fluido trocador esteja submetido corresponderá um valor de vapor saturado. 0 valor da temperatura do vapor saturado é o valor de temperatura no qual o fluido trocador no estado liquido está em equilíbrio com o fluido trocador no estado gasoso. Dependente da respectiva pressão, que é indicada como valor de pressão de vapor saturado. A dependência do valor da pressão do vapor saturado e do valor da temperatura do vapor saturado pode ser representada numa curva gráfica de vapor como uma delimitação da fronteira de fase entre o fluido trocador no estado liquido e no estado gasoso. A curva gráfica de vapor é especifica para cada fluido trocador.By means of the device, object of the invention, the exchanger fluid that circulates in the circuit is subjected to a variable pressure, which, in particular, is subject to periodic changes. In this case, the exchanger fluid is subjected to variable pressure indices, which are specifically subject to periodic changes. In this way, each corresponding pressure of saturated steam to which the exchanger fluid is subjected will correspond to a value of saturated steam. The temperature value of the saturated vapor is the temperature value at which the exchanger fluid in the liquid state is in equilibrium with the exchanger fluid in the gaseous state. Depending on the respective pressure, which is indicated as the saturated steam pressure value. The dependence of the pressure value of the saturated steam and the temperature value of the saturated steam can be represented on a graphical vapor curve as a delimitation of the phase boundary between the exchanger fluid in the liquid state and in the gaseous state. The graphical vapor curve is specific for each exchanger fluid.

Se o fluido trocador apresentar uma temperatura abaixo do valor da temperatura do vapor saturado da pressão respectiva a que está presentemente exposta, então o fluido trocador se encontra no estado liquido. Se o fluido trocador estiver em uma temperatura acima do valor de temperatura de vapor saturado da pressão respectiva, então o fluido trocador está no estado gasoso. quando houver um resfriamento do fluido trocador que esteja no estado gasoso, tem inicio a formação de goticulas de condensação do fluido trocador quando o valor da temperatura do vapor saturado é atingido.If the exchanger fluid has a temperature below the saturated vapor temperature value of the respective pressure to which it is currently exposed, then the exchanger fluid is in a liquid state. If the exchanger fluid is at a temperature above the saturated vapor temperature value of the respective pressure, then the exchanger fluid is in the gaseous state. when there is a cooling of the exchanger fluid that is in the gaseous state, the formation of condensation droplets of the exchanger fluid begins when the saturated vapor temperature value is reached.

Por meio do dispositivo de expansão, o fluido trocador circulando no circuito é expandido de uma pressão mais alta para uma pressão mais baixa, ou seja, a pressão é aliviada. Durante a expansão, não só a pressão do fluido trocador diminui para uma pressão mais baixa, mas também aBy means of the expansion device, the exchanger fluid circulating in the circuit is expanded from a higher pressure to a lower pressure, that is, the pressure is released. During expansion, not only does the pressure of the exchanger fluid decrease to a lower pressure, but also the

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 27/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 27/68

5/37 temperatura do fluido trocador. A temperatura que o fluido trocador apresenta após a expansão para a pressão mais baixa é denominada temperatura do vapor de escape.5/37 exchanger fluid temperature. The temperature that the exchanger fluid exhibits after expansion to the lowest pressure is called the exhaust vapor temperature.

De acordo com a invenção, é previsto um dispositivo de ajuste com o qual esta temperatura de vapor de escape pode ser ajustada para um valor de temperatura de vapor de escape definido acima do valor da temperatura de vapor saturado associado à pressão inferior. Com um tal dispositivo de ajuste, o vapor de escape do fluido trocador pode ser ajustado especificamente acima da temperatura da pressão mais baixa correspondente ao valor da temperatura do vapor saturado. 0 fluido trocador, que tem uma temperatura de vapor de escape acima da temperatura do vapor saturado, está no estado gasoso. A condensação do fluido trocador de seu estado gasoso para o estado liquido agregado durante e após a expansão pode ser evitada com segurança. Assim no interior do equipamento correspondente de expansão se consegue um vapor de fluido trocador consistentemente isento de condensação, sem percentual liquido de fluido trocador associado. Dentro e fora do equipamento expansor o lubrificante existente e geralmente liquido, em particular, um óleo lubrificante, não pode ser contaminado com o fluido trocador. 0 lubrificante assim mantido limpo evita com segurança o atrito entre os componentes móveis do dispositivo de expansão e veda a câmara de expansão contra o vazamento do fluido trocador de forma confiável. Além disso, não é necessário um aquecimento subsequente para expelir um fluido trocador liquido que de outro modo normalmente ocorreria no lubrificante retornado. Assim, tanto a eficiência como a vida útil do dispositivo de expansão, em conformidade com a invenção, comparativamente aos dispositivos genéricos tradicionais, são significativamente melhoradas.According to the invention, an adjustment device is provided with which this exhaust vapor temperature can be adjusted to an exhaust vapor temperature value defined above the saturated vapor temperature value associated with the lower pressure. With such an adjustment device, the exhaust vapor from the exchanger fluid can be adjusted specifically above the lowest pressure temperature corresponding to the saturated vapor temperature value. The exchanger fluid, which has an exhaust vapor temperature above the saturated vapor temperature, is in the gaseous state. Condensation of the exchanger fluid from its gaseous state to the aggregate liquid state during and after expansion can be safely avoided. Thus, inside the corresponding expansion equipment, a vapor exchange fluid is consistently free from condensation, with no associated liquid exchange fluid percentage. Inside and outside the expansion equipment, the existing and generally liquid lubricant, in particular a lubricating oil, cannot be contaminated with the exchanger fluid. The lubricant thus kept clean reliably prevents friction between the mobile components of the expansion device and reliably seals the expansion chamber against leakage of the changing fluid. In addition, subsequent heating is not necessary to expel a liquid exchanger fluid that would otherwise normally occur in the returned lubricant. Thus, both the efficiency and the service life of the expansion device, in accordance with the invention, compared to traditional generic devices, are significantly improved.

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 28/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 28/68

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A solução apresentada pela invenção inicialmente surpreende porque são necessários componentes adicionais e consumo adicional de energia para o dispositivo de ajuste. Além disso, em comparação aos dispositivos genéricos tradicionais um valor mais elevado de temperatura do vapor de escape. Uma tal, temperatura de vapor de escape mais alta resulta em perda de energia. Pode também ser liberada comparativamente menos energia durante a expansão, que continuaria sendo usada como energia mecânica. Em conformidade com a invenção, no entanto, verificou-se surpreendentemente que a vantagem do vapor de fluido trocador consistentemente isento de condensação no dispositivo de expansão ultrapassa de longe o gasto de energia adicional e a perda de energia resultante.The solution presented by the invention is initially surprising because additional components and additional energy consumption are required for the adjustment device. In addition, compared to traditional generic devices, a higher exhaust steam temperature value. Such a higher exhaust vapor temperature results in energy loss. Comparatively less energy can also be released during expansion, which would continue to be used as mechanical energy. In accordance with the invention, however, it has surprisingly been found that the advantage of consistently changing condenser-free vapor in the expansion device far outweighs the additional energy expenditure and the resulting energy loss.

Além disso, a solução apresentada pela invenção pode evitar a condensação do fluido trocador gasoso após expansão independentemente das várias condições externas e internas do ciclo termodinâmico. Independentemente da energia térmica que a fonte de calor apresente, não importando a temperatura e pressão que o fluido trocador tenha ao entrar no dispositivo de expansão, o vapor de escape do fluido trocador estará sempre ajustado acima da menor pressão associada ao valor da temperatura do vapor saturado. Desta maneira, estará, portanto, o valor da temperatura do vapor de escape definido como uma função da pressão mais baixa, que pode variar dependendo da temperatura e da pressão de entrada do fluido trocador no dispositivo de expansão. Deste modo a temperatura e a pressão de entrada são frequentemente dependentes da energia térmica da fonte de calor. Além disso, o valor da temperatura do vapor de escape é definido como uma função associada ao valor da de pressão mais baixa correspondente à temperatura do vapor saturado. Este valor de temperatura do vapor saturado é especifico para cada fluidoIn addition, the solution presented by the invention can prevent condensation of the gas exchange fluid after expansion regardless of the various external and internal conditions of the thermodynamic cycle. Regardless of the thermal energy that the heat source presents, regardless of the temperature and pressure that the exchanger fluid has when entering the expansion device, the exhaust vapor of the exchanger fluid will always be set above the lowest pressure associated with the steam temperature value. saturated. In this way, therefore, the exhaust steam temperature value will be defined as a function of the lower pressure, which can vary depending on the temperature and the inlet pressure of the exchanger fluid in the expansion device. In this way, the inlet temperature and pressure are often dependent on the thermal energy of the heat source. In addition, the exhaust steam temperature value is defined as a function associated with the lower pressure value corresponding to the saturated steam temperature. This temperature value of saturated steam is specific for each fluid

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 29/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 29/68

7/37 trocador, de modo que a condensação do fluido trocador no estado gasoso após a expansão pode sempre ser evitada com segurança, independentemente do tipo de fluido trocador.7/37 exchanger, so that the condensation of the exchanger fluid in the gaseous state after expansion can always be safely avoided, regardless of the type of exchanger fluid.

Em conformidade com a invenção, o valor definido da temperatura do vapor de escape é preferencialmente mantido em função associada ao valor da de pressão mais baixa correspondente à temperatura do vapor saturado. Com o valor da temperatura do vapor de escape mantido constante desta forma, a expansão e a condensação após a expansão no interior do circuito podem ser realizadas de maneira particularmente uniforme sem grandes flutuações de temperatura. Em especial, há incidência apenas uma pequena perda em consequência de fricção interna do fluido trocador e pequenas perdas externas de fricção ocorrem em relação a tubulação que transporta o fluido trocador. Outros tipos de perdas de energia podem ser poupados.In accordance with the invention, the set value of the exhaust steam temperature is preferably maintained in function of the lower pressure value corresponding to the saturated steam temperature. With the temperature value of the exhaust vapor kept constant in this way, expansion and condensation after expansion within the circuit can be carried out in a particularly uniform manner without major temperature fluctuations. In particular, there is only a small loss as a result of internal friction of the exchanger fluid and small external friction losses occur in relation to the piping that carries the exchanger fluid. Other types of energy losses can be saved.

Em conformidade com a invenção, será favorável a definição da temperatura do vapor de escape entre 2 K e 12 K, de preferência entre 4 K e 8 K e, mais preferencialmente, entre 5 K e 6 K acima da temperatura do menor valor de pressão de vapor de escape. Verificou-se que, mesmo uma margem de diferença pequena entre a temperatura do vapor de escape e o valor da temperatura do vapor saturado relevante é suficiente para evitar com segurança a condensação no vapor do fluido trocador na expansão para a pressão mais baixa. Para uma diferença maior, terra que se ajustar um valor mais alto de temperatura do vapor de escape, o que causaria uma perda desnecessária de energia.In accordance with the invention, it will be favorable to set the exhaust vapor temperature between 2 K and 12 K, preferably between 4 K and 8 K and, more preferably, between 5 K and 6 K above the temperature of the lowest pressure value exhaust steam. It has been found that even a small margin of difference between the exhaust vapor temperature and the relevant saturated vapor temperature value is sufficient to safely avoid condensation in the vapor of the exchanger fluid on expansion to the lowest pressure. For a bigger difference, land that would set a higher value of exhaust steam temperature, which would cause an unnecessary loss of energy.

Além disso, em conformidade com a invenção, é vantajoso, ajustar por meio de um dispositivo de regulagem, um aumento na temperatura do fluido trocador de tal modo que a temperatura do vapor de escape tenha o valor definido superior à temperatura correspondente ao valor da temperaturaIn addition, in accordance with the invention, it is advantageous to adjust, by means of a regulating device, an increase in the temperature of the exchanger fluid such that the temperature of the exhaust vapor has a defined value higher than the temperature corresponding to the temperature value

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 30/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 30/68

8/37 de vapor saturado associado à pressão mais baixa. Esse aumento de temperatura é fácil de ser executado.8/37 saturated steam associated with the lowest pressure. This temperature rise is easy to do.

Como é sabido, um fluido trocador inserido num processo de ciclo termodinâmico no seu estado liquido de agregação de uma pressão mais baixa para uma pressão mais elevada. Depois disso, o fluido trocador colocado sob pressão mais elevada é isobaricamente levado a se evaporar e sobreaquecer. Desta maneira a temperatura do fluido trocador aumenta. Ao ser realizada a expansão do vapor de fluido trocador comprimido e superaquecido para a pressão mais baixa, a temperatura do vapor do fluido trocador cai para a temperatura de vapor de escape.As is known, an exchange fluid inserted in a thermodynamic cycle process in its liquid state of aggregation from a lower pressure to a higher pressure. After that, the exchanger fluid placed under higher pressure is isobarically caused to evaporate and overheat. In this way the temperature of the exchanger fluid increases. When the compressed and superheated exchanger fluid vapor is expanded to the lowest pressure, the exchanger fluid vapor temperature drops to the exhaust vapor temperature.

Em conformidade com a invenção, a temperatura do fluido trocador circulando no ciclo Termodinâmico é então aumentada após evaporação e antes ou durante a expansão por meio do dispositivo de ajuste de tal modo que agora a temperatura do vapor de escape seja então acima do valor de temperatura de vapor saturado associado à pressão mais baixa.In accordance with the invention, the temperature of the exchanger fluid circulating in the Thermodynamic cycle is then increased after evaporation and before or during expansion by means of the adjustment device such that the temperature of the exhaust vapor is now above the temperature value of saturated steam associated with the lower pressure.

Em conformidade com a invenção, preferencialmente deve ser feito por meio do dispositivo de ajuste um aumento da temperatura do fluido trocador dentro do dispositivo de expansão. Assim, a temperatura pode ser aumentada durante o processo de expansão, o que é mais eficiente energeticamente do que o aumento da temperatura do vapor do fluido trocador superaquecido antes da expansão. Principalmente, a temperatura do fluido trocador deve ser aumentada no final do processo de expansão. Ao se finalizar o processo de expansão, a temperatura do vapor de fluido trocador em expansão é menor do que no inicio ou no meio do processo de expansão. Deste modo a temperatura de fluido trocador pode ser aumentada com economia de energia comparativamente a partir de uma temperatura baixa para o valor necessário de temperatura, comIn accordance with the invention, an increase in the temperature of the exchanger fluid within the expansion device should preferably be made by means of the adjustment device. Thus, the temperature can be increased during the expansion process, which is more energy efficient than increasing the temperature of the superheated exchanger fluid vapor before expansion. Mainly, the temperature of the exchanger fluid must be increased at the end of the expansion process. Upon completion of the expansion process, the temperature of the expanding exchanger fluid vapor is lower than at the beginning or in the middle of the expansion process. In this way the temperature of the exchanger fluid can be increased with energy savings compared from a low temperature to the required temperature value, with

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 31/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 31/68

9/37 o qual deverá ser alcançada após a expansão, a temperatura definida do vapor de escape.9/37 which must be reached after expansion, the set temperature of the exhaust vapor.

dispositivo de regulagem em conformidade com a invenção inclui também, de um modo vantajoso, um injetor de vapor para injeção de vapor ao fluido trocador, de tal maneira que o vapor será especialmente vapor sobreaquecido. As moléculas-vapor formadoras de vapor se movem rapidamente e transmitem em seu movimento de colisão, com correspondente rapidez para as moléculas de vapor de fluido trocador, o que aumenta a temperatura do vapor de fluido trocador de maneira com a correspondente rapidez. Além disso, dependendo da temperatura e da quantidade de vapor injetado, a temperatura do vapor de fluido trocador pode ser ajustada de forma muito direcionada para definir a temperatura do vapor de escape. Estando o vapor superaquecido, o aumento de temperatura será ainda mais rápido.The regulating device according to the invention also advantageously includes a steam injector for injection of steam into the exchanger fluid, such that the steam will be especially superheated steam. The vapor-forming vapor molecules move quickly and transmit in their collision movement, with corresponding speed to the exchange fluid vapor molecules, which increases the temperature of the exchange fluid vapor in a corresponding way. In addition, depending on the temperature and the amount of steam injected, the temperature of the exchanger fluid vapor can be adjusted in a very targeted way to set the temperature of the exhaust vapor. If the steam is overheated, the temperature rise will be even faster.

De preferência, o injetor de vapor deve ser adaptado para injetar o vapor no dispositivo de expansão, de tal maneira que seja após a entrada do vapor de fluido trocador do ciclo termodinâmico no dispositivo de expansão. Assim, a temperatura do vapor de fluido trocador pode ser aumentada com economia de energia durante a expansão. Uma adição vapor, preferencialmente ao final do processo de expansão, no dispositivo de expansão, será particularmente poupadora de energia de acordo com o processo acima descrito.Preferably, the steam injector should be adapted to inject the steam into the expansion device, in such a way that it is after the entry of steam from the thermodynamic cycle exchanger fluid into the expansion device. Thus, the temperature of the exchanger fluid vapor can be increased with energy savings during expansion. A steam addition, preferably at the end of the expansion process, in the expansion device, will be particularly energy saving according to the process described above.

Além disso, a injeção de vapor no dispositivo de expansão tem a vantagem de que o vapor fornecido poder expandir-se como vapor adicional. Disso resulta uma expansão adicional do vapor adicionalmente injetado, que pode ser fornecida na forma de energia mecânica adicional ao dispositivo de expansão. Maior desempenho e maior eficiência também associada do dispositivo de expansão serão alcançados, o que aumenta a eficiência de todo o dispositivo.In addition, the injection of steam into the expansion device has the advantage that the steam delivered can expand as additional steam. This results in an additional expansion of the additionally injected steam, which can be supplied in the form of additional mechanical energy to the expansion device. Greater performance and greater efficiency also associated with the expansion device will be achieved, which increases the efficiency of the entire device.

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 32/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 32/68

10/3710/37

Adicionalmente, em conformidade com a invenção, a vantagem é que o vapor é um vapor de fluido trocador. Assim, apesar do fornecimento de vapor adicional, o fluido trocador permanece fluido trocador puro, que não está contaminado com vapor de outro fluido trocador. De preferência, o vapor de fluido trocador provém do mesmo ciclo térmico do próprio vapor de fluido trocador, que deve ser injetado no dispositivo de expansão no inicio da expansão. Desta maneira haverá economia de energia e componentes pela economia de ser ter necessidade de apenas uma única geração de vapor, na qual a energia térmica pode ser transferida de uma fonte de calor.In addition, in accordance with the invention, the advantage is that the steam is a fluid exchange vapor. Thus, despite the supply of additional steam, the exchange fluid remains pure exchange fluid, which is not contaminated with vapor from another exchange fluid. Preferably, the exchanger fluid vapor comes from the same thermal cycle as the exchanger fluid vapor itself, which must be injected into the expansion device at the beginning of the expansion. In this way there will be savings in energy and components due to the economy of having the need for only a single generation of steam, in which thermal energy can be transferred from a heat source.

Em conformidade com a invenção, é vantajoso que o dispositivo de expansão foi concebido como uma máquina de deslocamento positivo na passagem do fluido trocador se transforma para pelo menos um espaço de expansão ou espaço de volume aumentado. Para tanto existe uma entrada para injetar no conjunto vapor de fluido trocador com alta pressão no espaço de expansão. O vapor de fluido trocador injetado desloca então um componente limitador do espaço da câmara de expansão. Como resultado, o espaço de expansão é aumentado e, ao mesmo tempo, desloca o componente de execução de trabalho mecânico. A ampliação da câmara de expansão provoca a expansão do vapor de fluido trocador de uma pressão aumentada para a pressão mais baixa.In accordance with the invention, it is advantageous that the expansion device has been designed as a positive displacement machine in the passage of the exchanger fluid that is transformed into at least one expansion space or increased volume space. For this purpose, there is an inlet to inject high-pressure exchanger fluid vapor into the expansion space. The injected exchanger fluid vapor then displaces a space-limiting component of the expansion chamber. As a result, the expansion space is increased and, at the same time, displaces the mechanical work execution component. Expansion of the expansion chamber causes the exchange fluid vapor to expand from an increased pressure to a lower pressure.

Numa tal máquina de deslocamento positivo, o vapor de fluido trocador pode ser injetado por uma entrada e o vapor adicional injetado numa entrada adicional num posicionamento entre a entrada do fornecimento de vapor e a de saida para a câmara de expansão. Assim, o vapor de fluido trocador pode na passagem pela câmara de expansão expandir-se e durante a ampliação da câmara ser reaquecido por meio do vapor injetado. Concomitantemente com o vapor fornecido, oIn such a positive displacement machine, the exchange fluid vapor can be injected through an inlet and the additional steam injected into an additional inlet in a position between the inlet of the steam supply and the outlet to the expansion chamber. Thus, the vapor of exchanger fluid can expand in the passage through the expansion chamber and during the enlargement of the chamber it can be reheated through the injected steam. Concomitantly with the steam supplied, the

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 33/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 33/68

11/37 vapor fluido trocador reaquecido pode continuar a se expandir em direção à válvula de escape.11/37 reheated fluid exchange steam can continue to expand towards the exhaust valve.

Especificamente direcionado, a injeção de vapor na máquina de deslocamento positivo pode ser projetada para que haja duas ou mais câmaras de expansão. A injeção de vapor pode, neste caso, ser concebido de modo a que vapor adicional seja injetado especificamente na câmara de expansão, quando a câmara de expansão houver atingido uma dimensão desejada. Correspondentemente com esta dimensão existirá então vapor de fluido trocador que estará expandido e arrefecido, e que deverá então sofrer aquecimento direcionado. 0 vapor de fluido trocador aquecido poderá então continuar a expandir-se no espaço em expansão da câmara expansão, até que, a câmara de expansão, possa atingir um escape, pelo qual o vapor de fluido trocador e o vapor adicional possam escapar. Neste caso, pelo menos, a entrada para o vapor de fluido trocador deverá estar localizada suficientemente distante da instalação de injeção de vapor, de modo que a câmara de expansão para a entrada esteja localizada espacialmente bem separado da câmara de expansão para injeção de vapor. De preferência o escape estará espacialmente longe suficientemente, do fornecimento de vapor de modo que uma câmara de expansão do escape esteja localizada espacialmente separada da câmara de expansão onde está localizada a injeção de vapor. Isto permitirá um aumento particularmente direcionado da temperatura durante a expansão para uma zona de expansão definida. A zona de expansão definida corresponderá então ao tamanho da câmara de expansão da injeção de vapor.Specifically targeted, the injection of steam into the positive displacement machine can be designed so that there are two or more expansion chambers. The steam injection can, in this case, be designed so that additional steam is injected specifically into the expansion chamber, when the expansion chamber has reached a desired size. Correspondingly with this dimension, there will then be vapor from the exchanger fluid which will be expanded and cooled, and which must then undergo directed heating. The heated exchanger fluid vapor can then continue to expand in the expanding space of the expansion chamber, until the expansion chamber can reach an outlet, whereby the exchanger fluid vapor and the additional vapor can escape. In this case, at least, the inlet for the exchanger fluid vapor must be located sufficiently distant from the steam injection installation, so that the expansion chamber for the inlet is located spatially well separated from the expansion chamber for steam injection. Preferably the exhaust will be spatially far enough from the steam supply so that an exhaust expansion chamber is located spatially separate from the expansion chamber where the steam injection is located. This will allow for a particularly targeted increase in temperature during expansion to a defined expansion zone. The defined expansion zone will then correspond to the size of the steam injection expansion chamber.

Além disso, em conformidade com a invenção para gerar de uma maneira vantajosa por meio do equipamento de ajustamento uma pressão de retorno sobre o fluido trocador de modo a que o vapor de escape apresente a temperatura de vaporIn addition, in accordance with the invention to advantageously generate, by means of the adjustment equipment, a return pressure on the exchanger fluid so that the exhaust vapor has the vapor temperature

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 34/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 34/68

12/37 de escape acima do valor da temperatura de pressão minima do vapor saturado associado. Uma estruturação de tal contrapressão é particularmente eficiente para economia de energia.12/37 exhaust above the minimum pressure temperature value of the associated saturated steam. Structuring such a back pressure is particularly efficient for saving energy.

Com a contrapressão deste tipo, a pressão inferior não é inicialmente atingida durante a expansão, mas sim uma pressão reduzida, aumentada, correspondente ao aumento da contrapressão. A esta pressão reduzida, aumentada, estará associado um valor de temperatura de vapor saturado correspondente do fluido trocador. Por meio da contrapressão o vapor de fluido trocador, será mantido inicialmente a uma pressão reduzida mais alta e assim apresenta temperatura de escape, que corresponderá a este valor de temperatura de vapor saturado aumentado. Após expansão adicional, a pressão reduzida aumentada correspondente à contrapressão é então relaxada ou expandida para a pressão mais reduzida. Após a pressão remanescente ser relaxada, o vapor de fluido trocador apresentará uma temperatura de escape que corresponderá ao valor da temperatura de escape definida, acima do valor da temperatura de escape da pressão reduzida do vapor saturado. Desta maneira a condensação do vapor de fluido trocador é evitada com segurança durante todo o processo de expansão.With this back pressure, the lower pressure is not initially reached during expansion, but a reduced, increased pressure, corresponding to the increase in back pressure. This reduced pressure, increased, will be associated with a corresponding saturated vapor temperature value of the exchanger fluid. By means of the back pressure, the exchanger fluid vapor will initially be maintained at a higher reduced pressure and thus has an exhaust temperature, which will correspond to this increased saturated vapor temperature value. After further expansion, the increased reduced pressure corresponding to the back pressure is then relaxed or expanded to the lowest pressure. After the remaining pressure is relaxed, the exchanger fluid vapor will have an exhaust temperature that corresponds to the set exhaust temperature value, above the exhaust temperature value of the reduced saturated steam pressure. In this way the condensation of the exchange fluid vapor is safely avoided during the entire expansion process.

Para este propósito, é preferencialmente previsto um dispositivo de expansão para expandir o fluido trocador de uma pressão mais elevada para uma pressão mais baixa, no qual a pressão mais baixa pode ser alcançada por meio de um processo de expansão de dois estágios. A pressão mais elevada é conseguida em um primeiro estágio de expansão mediante geração ou aumento de pressão da contrapressão, para uma primeira pressão reduzida. Em seguida, a primeira pressão reduzida é expandida numa segunda fase de expansão para uma segunda pressão reduzida, onde a segunda pressão reduzidaFor this purpose, an expansion device is preferably provided to expand the exchanger fluid from a higher pressure to a lower pressure, in which the lowest pressure can be achieved by means of a two-stage expansion process. The highest pressure is achieved in a first expansion stage by generating or increasing the back pressure pressure, for a reduced first pressure. Then, the first reduced pressure is expanded in a second expansion phase to a second reduced pressure, where the second reduced pressure

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 35/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 35/68

13/37 corresponderá à pressão reduzida mencionada acima, após a expansão.13/37 will correspond to the reduced pressure mentioned above, after expansion.

Neste processo, o primeiro e o segundo estágio de expansão podem ocorrer em um único dispositivo de expansão. De um modo particularmente preferido a execução deve ser do primeiro estágio de expansão num primeiro dispositivo de expansão e o segundo estágio de expansão realizado separadamente num segundo dispositivo de expansão. 0 primeiro dispositivo de expansão é projetado em particular com uma máquina de deslocamento positivo e o segundo dispositivo de expansão estruturalmente simples como um elemento condutor dentro do duto que transporta o fluido trocador. 0 primeiro e segundo meios de expansão representam então o dispositivo de expansão total.In this process, the first and second expansion stages can occur on a single expansion device. In a particularly preferred manner, the execution must be of the first expansion stage on a first expansion device and the second expansion stage carried out separately on a second expansion device. The first expansion device is designed in particular with a positive displacement machine and the second structurally simple expansion device as a conductive element within the duct that carries the exchanger fluid. The first and second expansion means then represent the total expansion device.

Além disso, o dispositivo de ajustamento, em conformidade com o invento, abrange vantajosamente um elemento de bloqueio para a geração da contrapressão sobre o fluido trocador, o qual é concebido particularmente com uma válvula para abrir e fechar seletivamente o duto que conduz fluido trocador. Por meio do elemento de bloqueio, uma corrente de fluido trocador ou fluxo de fluido trocador do fluido trocador contido no processo ciclico pode ser desligado pela sua maneira de construção, particularmente simples e rápida. Após esse desligamento, a contrapressão desejada se acumula no fluido trocador. A pressão de retorno pode ser desfeita novamente com velocidade de reação curta, se necessário, com a colocação de uma válvula no elemento de bloqueio que pode ser facilmente reaberta.In addition, the adjustment device, in accordance with the invention, advantageously comprises a locking element for the generation of back pressure on the exchanger fluid, which is designed particularly with a valve to selectively open and close the duct that conducts exchanger fluid. By means of the blocking element, a stream of exchanger fluid or exchanger fluid flow of the exchanger fluid contained in the cyclical process can be switched off by its particularly simple and quick construction. After this shutdown, the desired back pressure builds up in the exchanger fluid. The back pressure can be released again with a short reaction speed, if necessary, by placing a valve on the locking element that can be easily reopened.

Preferencialmente, o elemento de bloqueio está disposto no dispositivo de expansão entre o primeiro e o segundo dispositivo de expansão, desta maneira possibilitando o processo de expansão em duas etapas conforme descrição.Preferably, the locking element is arranged in the expansion device between the first and the second expansion device, thus enabling the expansion process in two stages as described.

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 36/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 36/68

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Além disso, em conformidade com a invenção, vantajosamente, o fluido trocador é guiado num sentido circulatório e nesse sentido circulatório a jusante do dispositivo de expansão está previsto um dispositivo de condensação para condensar o fluido trocador expandido, no qual o dispositivo de ajuste inclui, um elemento de medição de temperatura para medição da temperatura do fluido trocador no sentido da circulação após a expansão e antes da condensação e / ou um elemento de medição de pressão para medir a pressão do fluido trocador na direção de circulação após a expansão e antes da condensação. Usando um elemento de medição de temperatura e / ou elemento de medição de pressão, é possibilitado um dispositivo de controle, com o qual o dispositivo de regulagem é regulado em função da temperatura medida e / ou da pressão medida. Com tal regulagem, pode o dispositivo de ajuste ser utilizado para ajustar a temperatura de vapor de escape adaptada a necessidade e de maneira confiável ao valor de temperatura de vapor de escape definido.Furthermore, according to the invention, advantageously, the exchanger fluid is guided in a circulatory direction and in that circulatory direction downstream of the expansion device, a condensing device is provided for condensing the expanded exchanger fluid, in which the adjustment device includes, a temperature measuring element for measuring the temperature of the exchanger fluid in the direction of circulation after expansion and before condensation and / or a pressure measuring element for measuring the pressure of the exchanger fluid in the direction of circulation after expansion and before expansion condensation. Using a temperature measuring element and / or pressure measuring element, a control device is possible, with which the regulating device is regulated according to the measured temperature and / or the measured pressure. With such regulation, the adjustment device can be used to adjust the exhaust vapor temperature adapted to the need and reliably to the defined exhaust vapor temperature value.

Neste caso, o elemento de medição de temperatura mede em particular a temperatura do vapor de escape do fluido trocador após expansão. A temperatura do vapor de escape também depende da temperatura de entrada do vapor de fluido trocador na injeção no dispositivo de expansão. Além disso, pode ser determinada a temperatura do fluido trocador antes da condensação ou da temperatura de condensação. 0 valor da temperatura de condensação corresponde, em particular, ao valor da temperatura do vapor saturado associado à pressão mais baixa. Com o elemento de medição de pressão, pode ser principalmente medido um valor atual de pressão de vapor saturado ou valor de pressão de condensação válido do fluido trocador, pouco antes da condensação, que depende da capacidade de arrefecimento do dispositivo de condensação.In this case, the temperature measuring element in particular measures the temperature of the exhaust vapor of the exchanger fluid after expansion. The temperature of the exhaust steam also depends on the inlet temperature of the exchanger fluid vapor at the injection into the expansion device. In addition, the temperature of the exchanger fluid before condensation or condensation temperature can be determined. The value of the condensing temperature corresponds, in particular, to the value of the temperature of the saturated steam associated with the lowest pressure. With the pressure measuring element, a current saturated vapor pressure value or valid condensing pressure value of the exchanger fluid can be measured, just before condensation, which depends on the cooling capacity of the condensing device.

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 37/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 37/68

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Além disso, a invenção é direcionada para ser um método de conversão de energia térmica a partir de uma fonte de calor em energia mecânica por meio de um ciclo termodinâmico, mediante um fluido trocador, em que cada pressão, um valor da temperatura de saturação do meio de fluido trocador associado circulando em um processo ciclico e, assim, exposto a pressões alternadas, em que a cada indice de pressão corresponde um valor de temperatura do vapor saturado de fluido trocador, assim como a um estágio de expansão do fluido trocador de uma pressão mais elevada para uma pressão mais baixa, em que o fluido trocador após expandir para a pressão reduzida apresenta uma temperatura de vapor de escape. Onde a temperatura de vapor de escape é ajustada para um nivel de temperatura de vapor de escape definido acima da pressão reduzida associada a temperatura de saturação do vapor.In addition, the invention is intended to be a method of converting thermal energy from a heat source into mechanical energy by means of a thermodynamic cycle, by means of a exchanger fluid, in which each pressure, a saturation temperature value of the associated exchanger fluid medium circulating in a cyclical process and, thus, exposed to alternating pressures, where each pressure index corresponds to a temperature value of the saturated vapor exchanger fluid, as well as an expansion stage of the exchanger fluid of a higher pressure to lower pressure, where the exchanger fluid after expanding to reduced pressure has an exhaust vapor temperature. Where the exhaust vapor temperature is adjusted to an exhaust vapor temperature level set above the reduced pressure associated with the vapor saturation temperature.

As vantagens de tal método em conformidade com a invenção tornar-se-ão evidentes a partir das vantagens já descritas na descrição do dispositivo em conformidade com a invenção.The advantages of such a method in accordance with the invention will become apparent from the advantages already described in the description of the device in accordance with the invention.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

A seguir, exemplos de execução da solução em conformidade com a invenção são explicados em maior detalhe a partir dos desenhos esquematizados anexos. É mostrado a seguir:In the following, examples of implementing the solution in accordance with the invention are explained in greater detail from the accompanying schematic drawings. It is shown below:

A Figura 1 é um esquema simplificado do processo de um dispositivo para conversão de energia térmica de acordo com a tecnologia,Figure 1 is a simplified scheme of the process for a device for converting thermal energy according to technology,

A Figura 2 mostra um diagrama de entalpia de pressão esquemática (log) do processo ciclico termodinâmico de acordo com a Figura 1,Figure 2 shows a schematic pressure enthalpy diagram (log) of the thermodynamic cyclical process according to Figure 1,

A Figura 3 mostra a curva de vapor de fluido trocador contido em um processo cíclico,Figure 3 shows the vapor curve of exchanger fluid contained in a cyclic process,

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 38/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 38/68

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A Figura 4 mostra o detalhe IV em conformidade com a Figura 1 de um primeiro exemplo da execução de um dispositivo de escape em conformidade com a invenção,Figure 4 shows detail IV in accordance with Figure 1 of a first example of making an exhaust device in accordance with the invention,

A Figura 5 é um diagrama de entalpia de pressão esquemática (log) do processo ciclico termodinâmico em conformidade com a Figura 4,Figure 5 is a schematic pressure enthalpy diagram (log) of the thermodynamic cyclical process in accordance with Figure 4,

A Figura 6 mostra um corte transversal de uma máquina de deslocamento positivo do dispositivo em conformidade com a Figura 4,Figure 6 shows a cross section of a positive displacement machine of the device in accordance with Figure 4,

A Figura 7 mostra o detalhe IV em conformidade com a Figura 1 de um segundo exemplo da forma de execução de um dispositivo eFigure 7 shows detail IV in accordance with Figure 1 of a second example of how a device is made and

A Figura 8 é um diagrama de entalpia de pressão esquemática (log) do processo ciclico termodinâmico Figura 7.Figure 8 is a schematic pressure enthalpy diagram (log) of the cyclical thermodynamic process Figure 7.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA FORMA DE REALIZAÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE PERFORMANCE

Nas Figuras, são mostrados um dispositivo 10 e um procedimento 12 correspondente, para conversão de energia térmica de uma fonte de calor 14. O dispositivo 10 forma um sistema fechado de uma instalação de processo em que um ciclo termodinâmico 16 que por meio de processo ciclico 16 no qual está contido um fluido trocador que por ele flui.In the Figures, a device 10 and a corresponding procedure 12 are shown, for converting thermal energy from a heat source 14. Device 10 forms a closed system of a process installation in which a thermodynamic cycle 16 which by means of a cyclical process 16 in which is exchanged fluid that flows through it.

O processo ciclico termodinâmico detalhado 16 é um processo Ciclo Orgânico de Rankine (ORC) modificado no qual o fluido trocador é um fluido trocador orgânico. O disponibilizado está usando amônia como um fluido trocador, de preferência com amônia anidra (NH3, R 717) em uma concentração de mais de 99,6 por cento em massa. Com uma amônia quase pura, as propriedades fisicas e termodinâmicas da amônia podem ser exploradas sem interferir com outras substâncias. Assim, a amônia liquida tem uma alta entalpia de vaporização, com a qual uma quantidade relativamente alta de energia deve ser usada para converter a amônia de seu estado liquido para o estado gasoso agregado. Consequentemente, umaThe detailed thermodynamic cyclical process 16 is a modified Organic Rankine Cycle (ORC) process in which the exchanger fluid is an organic exchanger fluid. The one available is using ammonia as a exchanger fluid, preferably with anhydrous ammonia (NH3, R 717) in a concentration of more than 99.6 percent by weight. With an almost pure ammonia, the physical and thermodynamic properties of ammonia can be exploited without interfering with other substances. Thus, liquid ammonia has a high enthalpy of vaporization, with which a relatively high amount of energy must be used to convert ammonia from its liquid state to the gaseous aggregate state. Consequently, a

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 39/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 39/68

17/37 quantidade correspondente de energia pode ser armazenada na amônia gasosa e então convertida em energia mecânica na expansão.17/37 corresponding amount of energy can be stored in the gaseous ammonia and then converted into mechanical energy in the expansion.

Como fonte de calor 14 são usadas fontes de calor de baixa temperatura. Neste caso o projeto pode prever uso na fonte de calor 14 uma única fonte de calor 14 ou com duas fontes de calor diferentes 14 e 17. Nas formas de realização detalhadas, são aproveitadas duas fontes de calor diferentes, uma das quais, a fonte de calor 14 tem uma temperatura mais baixa do que a fonte de calor 17. Neste caso, a fonte de calor 14 é o calor residual de um motor e a fonte de calor 17 é o calor dos gases de escape de um motor de combustão interna de uma central térmica de cogeração.As a heat source 14, low temperature heat sources are used. In this case, the project may provide for use in the heat source 14 a single heat source 14 or with two different heat sources 14 and 17. In the detailed embodiments, two different heat sources are used, one of which, the heat source. heat 14 has a lower temperature than the heat source 17. In this case, the heat source 14 is the residual heat from an engine and the heat source 17 is the heat from the exhaust gases of an internal combustion engine. a cogeneration thermal power plant.

Pertencendo a um processo ciclico 16 existem recipientes de coleta 18 para a disponibilização de fluido trocador na forma de gás liquefeito sob pressão. Neste caso, o fluido trocador está sob uma pressão que representa uma pressão reduzida 20 a um nivel de pressão mais baixo do que a de processo ciclico termodinâmico 16. Partindo do recipiente de coleta 18, um duto 22 conduz o fluido trocador num sentido de circulação 24 para um dispositivo de aumento de pressão 26. Com o dispositivo de aumento de pressão 26, a pressão a qual o fluido trocador está exposto, é aumentada da pressão reduzida 20 para uma pressão elevada 28 que representa um nivel de pressão superior do ciclo 16.Belonging to a cyclical process 16 there are collection containers 18 for the provision of exchanger fluid in the form of liquefied gas under pressure. In this case, the exchanger fluid is under a pressure that represents a reduced pressure 20 at a lower pressure level than that of the thermodynamic cyclical process 16. Starting from the collection container 18, a duct 22 conducts the exchanger fluid in a direction of circulation 24 for a pressure increasing device 26. With the pressure increasing device 26, the pressure to which the exchanger fluid is exposed is increased from the reduced pressure 20 to an elevated pressure 28 which represents an upper pressure level of cycle 16 .

Subsequentemente, no sentido de circulação 24, o fluido trocador em estado liquido é bombeado do dispositivo de aumento de pressão 26 através do duto 22 para um dispositivo de transferência de calor 30. O dispositivo de transferência de calor 30 compreende um primeiro trocador de calor 32 e ligado em série, um segundo trocador de calor 34. O primeiro trocador de calor 32 é transmissor de calor por meio de um fluido trocador através de uma conexão por duto 36Subsequently, in the direction of circulation 24, the liquid exchanger fluid is pumped from the pressure increase device 26 through the duct 22 to a heat transfer device 30. The heat transfer device 30 comprises a first heat exchanger 32 and connected in series, a second heat exchanger 34. The first heat exchanger 32 is a heat exchanger by means of a heat exchanger fluid through a duct connection 36

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 40/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 40/68

18/37 com a fonte de calor 14. Por conseguinte, o segundo trocador de calor 34 é conectado através de uma conexão por duto 38 no qual circula um fluido trocador, com a fonte de calor 17.18/37 with the heat source 14. Consequently, the second heat exchanger 34 is connected via a duct connection 38 in which a heat exchanger fluid circulates, with the heat source 17.

Entre os dois trocadores de calor 32 e 34, está disposto um separador 40 tendo uma porção da área inferior 42 e uma porção de área superior 44. Na área superior 44, o fluido trocador liquido é injetado por meio da tubulação 22. Fluido trocador liquido separa-se do fluido trocador em estado gasoso possivelmente existente e flui para a zona da área inferior 42. A partir dali, uma tubulação 46 conduz o meio de fluido trocador liquido assim separado para dentro do primeiro trocador de calor 32, que serve para o préaquecimento e vaporização. Ali, o liquido trocador é préaquecido por transferência de energia térmica da primeira fonte de calor 14 e vaporizado em sua maior parte. Um vapor de fluido trocador assim produzido é um vapor úmido. Isto significa que ainda existem pequenas gotas e liquido de fluido trocador finamente distribuído estão presentes como parte do condensado no fluido trocador em estado gasoso. Este vapor úmido flui para fora do primeiro trocador de calor 32 através de uma tubulação 48 para a área superior 44 do separador 40. Nesta operação, a parte condensada, flui para a área inferior 42 e se junta ai como fluido trocador no estado liquido, enquanto na área superior 44 permanece apenas fluido trocador no estado gasoso. Por isso, pode ser gerado um fluido trocador gasoso particularmente seco. O fluido trocador no estado liquido flui da área inferior 42 através da tubulação 46 de volta para o primeiro trocador de calor 32 para reaquecimento.Between the two heat exchangers 32 and 34, a separator 40 is arranged having a portion of the lower area 42 and a portion of the upper area 44. In the upper area 44, the liquid exchanger fluid is injected through the pipe 22. Liquid exchanger fluid it separates from the possibly existing gaseous exchanger fluid and flows into the lower area zone 42. From there, a pipe 46 conducts the liquid exchanger fluid medium thus separated into the first heat exchanger 32, which serves for the preheating and vaporization. There, the exchanger liquid is preheated by transferring thermal energy from the first heat source 14 and vaporized for the most part. A vapor exchange fluid thus produced is a wet vapor. This means that there are still small drops and finely distributed exchanger fluid liquid is present as part of the condensate in the exchanger fluid in a gaseous state. This wet steam flows out of the first heat exchanger 32 through a pipe 48 to the upper area 44 of the separator 40. In this operation, the condensed part flows into the lower area 42 and joins there as a liquid exchanger in the liquid state, while in the upper area 44 only exchanger fluid remains in the gaseous state. Therefore, a particularly dry gas exchange fluid can be generated. The liquid exchanger in the liquid state flows from the lower area 42 through the tubing 46 back to the first heat exchanger 32 for reheating.

Com o separador 40, tendo localizada na sua porção de área superior 44 a tubulação 22 e 48 assim como saindo da porção de área inferior 42, a tubulação 46, é possibilitada uma vaporização de acordo com o principio de termo-sifão.With the separator 40, having pipe 22 and 48 located in its upper area portion 44 as well as leaving the lower area portion 42, pipe 46, vaporization is possible according to the thermosiphon principle.

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 41/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 41/68

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Este princípio baseia-se no fato de que durante a evaporação no primeiro trocador de calor 32, a densidade do fluido trocador aí localizado é reduzida devido ao vapor úmido formado. Assim, o vapor úmido forçado através da tubulação 48 para o separador 40. Além disso, sempre a mesma quantidade de fluido trocador em estado líquido necessária para a vaporização flui de volta através da tubulação 46 até o primeiro trocador de calor 32. No separador 40, é previsto um controlador de nível não representado, com o qual o dispositivo de aumento de pressão 26 possa ser regulado, de modo que apenas seja bombeada a quantidade de fluido trocador para o primeiro trocador de calor 32, que possa também ser evaporada.This principle is based on the fact that during evaporation in the first heat exchanger 32, the density of the exchanger fluid located there is reduced due to the wet vapor formed. Thus, the wet steam forced through the pipe 48 to the separator 40. In addition, the same amount of liquid exchanger fluid necessary for vaporization always flows back through the pipe 46 to the first heat exchanger 32. In the separator 40 , a level controller not shown, with which the pressure increase device 26 can be adjusted, so that only the amount of exchanger fluid is pumped into the first heat exchanger 32, which can also be evaporated.

A partir do separador 40, o fluido trocador em estado gasoso da área superior 44 flui através de um duto 50 para o segundo trocador de calor 34. O segundo trocador de calor 34 serve como um sobreaquecedor, com o qual o fluido trocador em estado gasoso deve ser sobreaquecido por transferência de energia térmica da fonte de calor 17. O vapor de fluido trocador sobreaquecido é então passado do segundo trocador de calor 34 através de uma tubulação 52 através de uma válvula de entrada 54 para um dispositivo de expansão 56.From separator 40, the gaseous exchanger fluid in the upper area 44 flows through a duct 50 to the second heat exchanger 34. The second heat exchanger 34 serves as a superheater, with which the gaseous exchanger fluid it must be overheated by transferring thermal energy from the heat source 17. The superheated exchanger fluid vapor is then passed from the second heat exchanger 34 through a pipe 52 through an inlet valve 54 to an expansion device 56.

Por meio do dispositivo de expansão 56, o vapor de fluido trocador sobreaquecido e expandido da pressão elevada 28 para a pressão reduzida 20, ao mesmo tempo que a temperatura do fluido trocador diminui. A energia libertada desta maneira é transmitida como energia mecânica para o dispositivo de expansão 58, que serve como unidade motora para acionamento de um gerador acoplado ao dispositivo de expansão 56 para gerar energia eléctrica.By means of the expansion device 56, the steam fluid exchanger overheated and expanded from the high pressure 28 to the reduced pressure 20, at the same time as the temperature of the exchanger fluid decreases. The energy released in this way is transmitted as mechanical energy to the expansion device 58, which serves as a motor unit for driving a generator coupled to the expansion device 56 to generate electrical energy.

No presente caso, se trata de previsão para ligar dispositivos de expansão em paralelo ao dispositivo deIn the present case, it is a provision for connecting expansion devices in parallel to the

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20/37 expansão 56, no qual o vapor de fluido trocador comprimido e sobreaquecido é injetado por meio de uma válvula de entrada adicional associada. Para uma melhor visão geral, o dispositivo de expansão adicional com os seus componentes associados é designado pelo mesmo desenho de referência que o dispositivo de expansão 56. Com uma tal ligação paralela dos dispositivos de expansão 56, torna-se possivel uma expansão particularmente uniforme ao longo do tempo, de vapor do fluido trocador sobreaquecido sem grandes pulsações. Se necessário, além disso, uma quantidade maior de vapor de fluido trocador pode ser expandida. Desta maneira um pode ser conseguido um desempenho uniforme e alto do ciclo termodinâmico 16. Para melhorar este efeito, podem ser previstos mais do que dois dispositivos de expansão 56 ligados em paralelos.20/37 expansion 56, in which the vapor of compressed and overheated exchanger fluid is injected by means of an associated additional inlet valve. For a better overview, the additional expansion device with its associated components is designated by the same reference design as the expansion device 56. With such a parallel connection of the expansion devices 56, a particularly uniform expansion is possible over the over time, steam from the superheated exchanger fluid without great pulsations. In addition, if necessary, a greater amount of vapor from the exchange fluid can be expanded. In this way, a uniform and high performance of the thermodynamic cycle 16 can be achieved. To improve this effect, more than two expansion devices 56 connected in parallel can be provided.

O vapor de fluido trocador expandido é expulso para fora na direção de circulação 24 depois do dispositivo de expansão 56 através de uma tubulação, ou seja, duto de escape 60 saindo do dispositivo de expansão 56 e passando através de um dispositivo condensador 62. Com o dispositivo condensador 62, o vapor de fluido trocador expandido é arrefecido e condensado. O fluido trocador condensado é passado para o recipiente de recolhimento 18, o qual está disposto no dutoThe vapor of expanded exchanger fluid is expelled outwardly in the direction of circulation 24 after the expansion device 56 through a pipe, that is, exhaust duct 60 exiting the expansion device 56 and passing through a condenser device 62. With the condenser device 62, the expanded exchanger fluid vapor is cooled and condensed. The condensed exchanger fluid is passed to the collection container 18, which is arranged in the duct

22 na direção 22 in the direction da gives circulação 24 circulation 24 após after o dispositivo the device de in condensação 62. condensation 62. Com With a condensação o condensation o ciclo termodinâmico thermodynamic cycle 16 16 está concluído it's done e and pode ser repetido can be repeated quantas vezes how many times for for necessário. Além required. Beyond disso of this , o dispositivo , the device 10 10 tem um circuito have a circuit de in

alimentação de óleo 64, cada um com uma tubulação de fornecimento de óleo 66, através do qual um óleo deve ser injetado por meio de uma respectiva válvula de entrada de óleo 68 no dispositivo de expansão 56. O óleo serve para vedar e lubrificar os componentes do dispositivo de expansãooil supply 64, each with an oil supply pipe 66, through which an oil must be injected via a corresponding oil inlet valve 68 into expansion device 56. The oil serves to seal and lubricate the components expansion device

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 43/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 43/68

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56. Durante a expansão do vapor de fluido trocador, o óleo no dispositivo de expansão 56 pode entrar no vapor de fluido trocador. Por esse motivo, o vapor de fluido trocador expandido com o óleo em cada dispositivo de expansão 56, deve ser extravasado através do duto de vapor de escape associada 60 para um separador de óleo 70 associado. Com o separador de óleo 70, o óleo no vapor de fluido trocador expandido deve ser separado. Para este propósito no separador de óleo 70 acima descrito, um elemento de separação 71 foi projetado como separador mecânico. O elemento de separação 71 separa como um liquido o óleo do vapor de fluido trocador expandido como gás, mecanicamente e devido as diferentes densidades de liquido e gás.56. During expansion of the exchanger fluid vapor, the oil in the expansion device 56 can enter the exchanger fluid vapor. For this reason, the steam exchange fluid expanded with the oil in each expansion device 56, must be vented through the associated exhaust steam duct 60 to an associated oil separator 70. With the oil separator 70, the oil in the expanded exchanger fluid vapor must be separated. For this purpose in the oil separator 70 described above, a separating element 71 has been designed as a mechanical separator. The separating element 71 separates the oil from the vapor of the exchanger fluid expanded as a gas as a liquid, mechanically and due to the different densities of liquid and gas.

O vapor de fluido trocador expandido assim purificado é passado do separador de óleo 70 através do duto de escape 60 em continuidade do processo ciclico 16 para o dispositivo de condensação 62.The steam of expanded exchanger fluid thus purified is passed from the oil separator 70 through the exhaust duct 60 in continuity of the cyclical process 16 to the condensing device 62.

O óleo separado é dirigido de cada separador de óleo 70 através de uma tubulação de descarga de óleo 72 associada, para um recipiente de coleta de óleo 74. Neste caso, o óleo separado pode conter uma parte de fluido trocador liquido, que se formou durante a expansão do vapor do meio de fluido trocador de uma maneira convencional. Para remover esta parte de fluido trocador liquido no recipiente de coleta de óleo 74, é previsto um aquecedor de óleo 76. Com o aquecedor a óleo 7 6, o óleo separado é aquecido por tanto tempo e até que a proporção de fluido trocador liquido tenha evaporado quase completamente ou ter sido expelido do óleo. O vapor de fluido trocador resultante do processo é guiado por meio de um duto de circulação de vapor 7 8 para fora do recipiente de coleta de óleo 74 na direção de circulação 24 entre o separador de óleo 70 e o dispositivo condensador 62The separated oil is directed from each oil separator 70 through an associated oil discharge pipe 72, to an oil collection vessel 74. In this case, the separated oil may contain a portion of liquid changer fluid, which formed during expanding the vapor from the exchanger fluid medium in a conventional manner. To remove this part of the liquid exchange fluid in the oil collection vessel 74, an oil heater 76 is provided. With the oil heater 7 6, the separated oil is heated for so long and until the proportion of liquid exchange fluid has been almost completely evaporated or expelled from the oil. The exchange fluid vapor resulting from the process is guided through a steam circulation duct 78 out of the oil collection container 74 in the direction of circulation 24 between the oil separator 70 and the condenser device 62

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22/37 de volta para o duto de vapor de escape 60 e assim para o processo cíclico 16.22/37 back to the exhaust steam duct 60 and thus to the cyclical process 16.

Na tubulação de alimentação 66, está também ainda disposta uma bomba de óleo 80, com a qual o óleo separado do fluido trocador em estado líquido assim purificado, passa através de uma tubulação de alimentação de óleo 66 novamente retornando ao dispositivo de expansão 56. Além disso, o aquecedor de óleo 76 compreende uma fonte de aquecimento conduzida por uma tubulação de circuito de aquecimento 82 que é acoplada à segunda fonte de calor 17 para transmissão de calor.An oil pump 80 is also arranged in the supply line 66, with which the oil separated from the exchanger fluid in a liquid state thus purified, passes through an oil supply line 66 again returning to the expansion device 56. In addition In addition, the oil heater 76 comprises a heating source driven by a heating circuit pipe 82 which is coupled to the second heat source 17 for heat transmission.

A Figura 2 mostra um diagrama de entalpia de pressão esquemática (log) do ciclo termodinâmico 16 do método 12, que por meio do dispositivo 10 pode ser realizado de acordo com a Figura 1. Neste caso, está traçada no eixo das ordenadas de pressão logarítmica 83 e no eixo de abcissas, a entalpia 84. A curva arqueada desenhada representa a curva limite de fase 85 do fluido trocador. Enquanto a curva limite de fase 85 estiver aumentando, esta curva representa a ebulição na qual ocorre uma transição do fluido trocador líquido saturado para vapor úmido. Se a curva de limite de fase 85 for descendente, ela representa o ponto de orvalho, que define a transição do vapor úmido para um vapor de fluido trocador saturado. Na transição deste tipo, o vapor é também denominado como vapor saturado. Uma área delimitada pela curva de limite de fase 85 e o eixo de abscissa, é de vapor úmido 8 6 do fluido trocador, na qual o vapor de fluido trocador como fase gasosa e fluido trocador líquido como fase liquida estão presentes ao mesmo tempo.Figure 2 shows a schematic diagram of enthalpy of pressure (log) of the thermodynamic cycle 16 of method 12, which by means of device 10 can be performed according to Figure 1. In this case, it is drawn on the axis of the logarithmic pressure ordinates 83 and on the abscissa axis, enthalpy 84. The arcuate curve drawn represents the phase limit curve 85 of the exchanger fluid. While the phase limit curve 85 is increasing, this curve represents the boil in which a transition from the saturated liquid exchanger fluid to wet steam occurs. If the phase boundary curve 85 is descending, it represents the dew point, which defines the transition from wet vapor to saturated exchanger fluid vapor. In the transition of this type, steam is also referred to as saturated steam. An area bounded by the phase boundary curve 85 and the abscissa axis, is wet vapor 86 of the exchanger fluid, in which the vapor of the exchanger fluid as a gas phase and liquid exchanger fluid as the liquid phase are present at the same time.

Partindo do líquido trocador que está sob a pressão reduzida 18, é feita uma etapa de processo ou seja, etapa de aumento da pressão 88 do fluido trocador através do dispositivo de aumento de pressão 26 colocando o fluido sob aStarting from the exchanger liquid that is under reduced pressure 18, a process step is made, that is, a step of increasing the pressure 88 of the exchanger fluid through the pressure increasing device 26, placing the fluid under the

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 45/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 45/68

23/37 pressão elevada 28. Amoníaco é submetido a partir de uma pressão reduzida 18 de cerca de 8,4 bar, a uma temperatura de cerca de 23 °C a uma pressão elevada 28. de cerca de 37 bar e uma temperatura de cerca de 30 °C.23/37 high pressure 28. Ammonia is subjected to a reduced pressure 18 of about 8.4 bar, at a temperature of about 23 ° C to a high pressure 28. of about 37 bar and a temperature of about 30 ° C.

Todos os valores de pressão aqui indicados devem ser entendidos como valores absolutos de pressão.All pressure values given here must be understood as absolute pressure values.

Com o primeiro trocador de calor 32, numa etapa de pré-aquecimento 90, o fluido trocador sob pressão elevada 28 é aquecido por transformação isobárica para um valor de temperatura de evaporação associado pressão elevada 28. Para amônia, esse valor está em torno de 76 °C. Subsequentemente, numa etapa de vaporização 92, o ainda líquido, preaquecido na temperatura de evaporação, o fluido trocador é vaporizado por transformação isobárica. Durante a etapa 92, a parte principal de energia térmica é fornecida ao fluido trocador. Durante a vaporização, a temperatura do fluido trocador permanece constante. Subsequentemente, por meio do segundo trocador de calor 34, numa etapa 94 de superaquecimento, o vapor de fluido trocador produzido na etapa 92 é superaquecido por transformação isobárica até uma temperatura final. A temperatura final para a amônia é de cerca de 120 °C.With the first heat exchanger 32, in a preheating step 90, the heat exchanger fluid under high pressure 28 is heated by isobaric transformation to an evaporation temperature value associated with high pressure 28. For ammonia, this value is around 76 ° C. Subsequently, in a vaporization step 92, the still liquid, preheated to the evaporation temperature, the exchanger fluid is vaporized by isobaric transformation. During step 92, the main part of thermal energy is supplied to the exchanger fluid. During vaporization, the temperature of the exchanger fluid remains constant. Subsequently, by means of the second heat exchanger 34, in an overheating step 94, the vapor of the exchange fluid produced in step 92 is superheated by isobaric transformation to a final temperature. The final temperature for ammonia is about 120 ° C.

O vapor de fluido trocador superaquecido desta maneira como gás de amoníaco é numa etapa de expansão 96 por meio dos dois dispositivos de expansão 56 ligados em paralelo, expandido por sistema adiabático. Adiabático ou isolado significa que não há troca de calor com o ambiente durante a expansão. Durante a expansão ocorre a conversão real de energia térmica em energia mecânica. Neste caso, ao entrar no dispositivo de expansão 56 o fluido trocador apresenta a pressão elevada 28 como pressão de injeção e a temperatura do fluido trocador superaquecido na forma de vapor como temperatura de entrada. O fluido trocador que saiThe steam exchange fluid superheated in this way as ammonia gas is in an expansion step 96 by means of the two expansion devices 56 connected in parallel, expanded by an adiabatic system. Adiabatic or isolated means that there is no heat exchange with the environment during expansion. During the expansion the real conversion of thermal energy into mechanical energy takes place. In this case, when entering the expansion device 56, the exchanger fluid has high pressure 28 as the injection pressure and the temperature of the superheated exchanger fluid in the form of steam as the inlet temperature. The exchanger fluid that comes out

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 46/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 46/68

24/37 do dispositivo de expansão 56 tem então a pressão reduzida 20 como sendo, vapor de escape e temperatura de escape que é inferior à temperatura de entrada. A entrada de amoniaco tem a pressão elevada 28 de cerca de 37 bar e a temperatura de entrada de cerca de 120 °C e saída de amoníaco tem a pressão reduzida 20 com cerca de 8,4 bar e temperatura de escape de cerca de 23 °C. Neste caso, o vapor do fluido trocador contém uma fracção líquida no vapor de escape, uma vez que tanto a temperatura de entrada como a temperatura de escape estão sujeitas a certas tolerâncias. Já com uma temperatura de entrada um pouco menor, existe a formação de condensado no vapor de escape. A então alcançada temperatura de escape, ou seja, o ponto final da etapa de expansão 96, está no âmbito de vapor úmido 86.24/37 of the expansion device 56 then has the reduced pressure 20 as being, exhaust vapor and exhaust temperature which is below the inlet temperature. The ammonia inlet has a high pressure 28 of about 37 bar and the inlet temperature of about 120 ° C and the ammonia outlet has a reduced pressure 20 of about 8.4 bar and an exhaust temperature of about 23 ° Ç. In this case, the vapor of the exchanger fluid contains a liquid fraction in the exhaust vapor, since both the inlet temperature and the exhaust temperature are subject to certain tolerances. With a slightly lower inlet temperature, condensate forms in the exhaust vapor. The then reached escape temperature, that is, the end point of expansion step 96, is in the context of wet steam 86.

Subsequentemente, o fluido trocador expandido que sai do dispositivo de expansão 56 é na etapa de condensação 98, por meio do dispositivo de condensação 62 é condensado por transformação isobárica e assim atinge novamente o seu estado inicial no processo cíclico 16.Subsequently, the expanded exchanger fluid leaving the expansion device 56 is in the condensation step 98, by means of the condensation device 62 it is condensed by isobaric transformation and thus reaches its initial state in the cyclic process 16 again.

A Figura 3 mostra sua curva de pressão de vapor de saturação ou linha de pressão de vapor ou curva de vapor 100 do fluido trocador contido no processo cíclico 16, no casoFigure 3 shows its saturation vapor pressure curve or vapor pressure line or vapor curve 100 of the exchanger fluid contained in the cyclic process 16, in the case

presente, a present, the curva de vapor steam curve 100 100 de amoníaco. No caso of ammonia. In case a The temperatura temperature está representada is represented no at the eixo das ordenadas e ordinate axis and a The pressão no pressure on eixo das abscissas abscissa axis . A . THE linha curva representa curved line represents a The

curva de vapor 100 do fluido trocador e é a linha de fronteira da fase entre o fluido trocador líquido e gasoso. Por conseguinte, pode ser lido na curva de vapor 100 a qual valor da temperatura do vapor saturado está associado uma pressão respectiva do fluido trocador, no qual o fluido trocador gasoso começa a condensar. Para a pressão reduzida 20 corresponde o valor da temperatura do vapor saturado 102,vapor curve 100 of the exchanger fluid and is the boundary line of the phase between the liquid and gaseous exchanger fluid. Therefore, it can be read on the steam curve 100 to which the saturated steam temperature value is associated with a respective pressure of the exchanger fluid, in which the gas exchanger fluid begins to condense. For the reduced pressure 20, the saturated steam temperature 102 corresponds,

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25/37 que para o amoníaco tem o valor de 23 °C a uma pressão reduzida 20 de 8,4 bar.25/37 which for ammonia is 23 ° C at a reduced pressure 20 of 8.4 bar.

Figura 4 e 7 mostram uma secção do dispositivo 10, em que, em contraste com o dispositivo 12 de acordo com a Figura 1, é previsto um dispositivo de regulagem 104 para ajustar a temperatura de escape do fluido trocador após a etapa de expansão 96. Por meio do dispositivo de regulagem 104, a temperatura de escape é ajustada para um valor definido de temperatura de escape 106 acima da pressão reduzida 20 correspondente ao valor da temperatura de vapor saturado 102. O valor da temperatura de vapor saturado definido 106 está entre 4 K e 8 K acima da pressão reduzida 20 correspondente ao valor da temperatura de vapor saturado 102 .Figures 4 and 7 show a section of the device 10, in which, in contrast to the device 12 according to Figure 1, a regulating device 104 is provided to adjust the escape temperature of the exchanger fluid after the expansion step 96. By means of regulation device 104, the exhaust temperature is adjusted to a defined value of exhaust temperature 106 above the reduced pressure 20 corresponding to the value of the saturated vapor temperature 102. The value of the defined saturated vapor temperature 106 is between 4 K and 8 K above the reduced pressure 20 corresponding to the saturated steam temperature value 102.

Em conformidade com a Figura 4, o dispositivo de regulagem 104 abrange uma conexão para o suprimento de vapor 108 para injeção de vapor durante o passo de expansão 96 para cada dispositivo de expansão 56. Tal alimentação de vapor é também denominada como injeção intermediária. Com este tipo de suprimento de vapor 108, a temperatura do vapor de fluido trocador pode ser aumentada durante a expansão, de tal modo que a temperatura de escape do fluido trocador após o passo 96 já apresente a temperatura do vapor de escape 106 definida.In accordance with Figure 4, the regulating device 104 comprises a connection for the supply of steam 108 for injection of steam during expansion step 96 for each expansion device 56. Such steam supply is also referred to as intermediate injection. With this type of steam supply 108, the temperature of the exchanger fluid vapor can be increased during expansion, such that the escape temperature of the exchanger fluid after step 96 already has the set exhaust vapor temperature 106.

Para este fim, o suprimento de vapor 108 é concebido com um duto de fornecimento de vapor 110 contendo uma válvula de admissão 112 adicional disposta na mesma, que conduz, em direção de circulação 24, após a válvula de entrada 54 para o dispositivo de expansão 56 correspondente. Com tal conexão, pode ser conduzido por intermédio do segundo trocador de calor 34 vapor de fluido trocador superaquecido a partir do duto 52 através da válvula de admissão 112 adicional para dentro do dispositivo de expansão 56. NesteFor this purpose, the steam supply 108 is designed with a steam supply duct 110 containing an additional inlet valve 112 arranged therein, which leads, in the direction of circulation 24, after the inlet valve 54 to the expansion device 56 corresponding. With such a connection, it can be conducted via the second heat exchanger 34 vapor of superheated exchanger fluid from the duct 52 through the additional intake valve 112 into the expansion device 56. In this

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26/37 caso, o vapor de fluido trocador superaquecido é passado, numa fase mais avançada, em particular no final do passo da expansão 96, para dentro do dispositivo de expansão 56.In this case, the superheated exchanger fluid vapor is passed, at a more advanced stage, in particular at the end of the expansion step 96, into the expansion device 56.

Além disso, o dispositivo de regulagem 104 de acordo com a Figura 4 compreende um em cada dispositivo de expansão 56, elemento de medição de temperatura 114 correspondente, o qual está disposto no sentido de circulação 24 após expansão logo após cada separador de óleo 70. Disposto desta maneira, por meio do elemento de medição de temperatura 114 pode ser determinada a temperatura de escape do fluido trocador. Além disso, está prevista a colocação no sentido de circulação 24 e pouco antes do dispositivo de condensação 62 de um elemento de medição de temperatura 116 e um pouco antes um elemento de medição de pressão 118.In addition, the regulating device 104 according to Figure 4 comprises one in each expansion device 56, corresponding temperature measurement element 114, which is arranged in the direction of circulation 24 after expansion just after each oil separator 70. In this way, the temperature of the exchanger fluid can be determined by means of the temperature measuring element 114. In addition, a temperature measuring element 116 and shortly before a pressure measuring element 118 are placed in the direction of circulation 24 and shortly before the condensing device 62.

Correspondente ao dispositivo de condensação 62 um elemento de medição de pressão 118 e o elemento de medição de temperatura 116 são correspondentemente ao dispositivo de expansão 56 acoplados ao elemento de medição de temperatura 114. Além disso, os valores medidos em um para cada dispositivo de expansão 56, transmitidos para o dispositivo de controle 120. O dispositivo controle 120 abre e fecha então a válvula adicional de entrada 112 para a injeção de vapor no dispositivo de expansão 56 dependendo do resultado da medição.Corresponding to the condensing device 62 a pressure measuring element 118 and the temperature measuring element 116 are correspondingly to the expansion device 56 coupled to the temperature measuring element 114. In addition, the measured values in one for each expansion device 56, transmitted to the control device 120. The control device 120 then opens and closes the additional inlet valve 112 for injecting steam into the expansion device 56 depending on the measurement result.

Concomitantemente, por meio de elemento de medição de pressão 118 é medido dentro do processo ciclico 16 o valor de pressão atualmente válido da pressão reduzida 20 imediatamente antes do dispositivo de condensação 62. A pressão reduzida 20 pode variar dependendo do valor da pressão de entrada da pressão elevada 28 no dispositivo de expansão 56 e em função da temperatura de condensação do dispositivo de condensação 62.Concomitantly, the current valid pressure value of the reduced pressure 20 immediately before the condensing device 62 is measured using the pressure measuring element 118. The reduced pressure 20 can vary depending on the value of the inlet pressure of the high pressure 28 in the expansion device 56 and depending on the condensing temperature of the condensing device 62.

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Correspondente ao valor da pressão medida de pressão reduzida 20 é obtido de acordo com a armazenada, no dispositivo de controle 120, curva de vapor 100 o valor de temperatura válida correspondente de vapor saturado 102. Dependendo do valor válido da temperatura de vapor saturado 102, por meio dispositivo de controle 120 de entrada a válvula de admissão 112 adicional será mantida aberta, por tanto tempo ou com tal abertura até que com o elemento de medição de temperatura 114 seja medida a temperatura definida do vapor de escape 106. Dependendo da duração e da abertura da válvula de admissão 112, deste modo uma quantidade correspondente de vapor adicional é fornecida até que a temperatura do vapor de escape definido 106 seja alcançado principalmente seja mantido constante.Corresponding to the value of the measured pressure of reduced pressure 20, the corresponding valid temperature of saturated steam 102 is obtained in the control device 120, vapor curve 100. Depending on the valid value of the saturated steam temperature 102, by means of inlet control device 120 the additional intake valve 112 will be kept open for as long or with such an opening until with the temperature measuring element 114 the defined temperature of the exhaust vapor 106 is measured. Depending on the duration and from the opening of the intake valve 112, in this way a corresponding amount of additional steam is supplied until the temperature of the defined exhaust steam 106 is reached mainly is kept constant.

Alternativamente ou adicionalmente, com o elemento de medição de temperatura 116 pode-se determinar o valor de temperatura do trocador a montante do dispositivo de condensação 62. Este valor de temperatura medido corresponde a um valor válido atual de temperatura de vapor saturado 102, o qual vai depender da capacidade de arrefecimento do dispositivo de condensação 62. A capacidade de refrigeração pode variar de acordo com a temperatura do agente refrigerante. Em particular, quando o agente refrigerante é retira de maneira estruturalmente, especialmente simplificada e barata ar do ambiente, a capacidade de arrefecimento é diretamente dependente da temperatura exterior prevalecente. Dependendo do valor atualmente válido medido da temperatura de vapor saturado 102, por meio do dispositivo de controle 120 a válvula de admissão 112 adicional é aberta durante tanto tempo e / ou abertura até que com o elemento medidor de temperatura 114 consiga fazer a leitura da temperatura definida do vapor de escape 106.Alternatively or additionally, with the temperature measuring element 116, the temperature value of the exchanger upstream of the condensing device 62 can be determined. This measured temperature value corresponds to a valid current saturated steam temperature value 102, which will depend on the cooling capacity of the condensing device 62. The cooling capacity may vary according to the temperature of the refrigerant. In particular, when the refrigerant is structurally removed, especially simplified and inexpensive air from the environment, the cooling capacity is directly dependent on the prevailing outdoor temperature. Depending on the currently valid measured value of the saturated steam temperature 102, by means of the control device 120 the additional intake valve 112 is opened for so long and / or opened until the temperature reading element 114 is able to read the temperature exhaust steam 106.

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28/3728/37

Condicionado ao valor medido da temperatura de vapor saturado, atualmente válido 102, de acordo com a curva do vapor 100 o valor correspondente de vapor saturado pode ser determinado. Este valor de pressão do vapor saturado corresponde à pressão reduzida 20.Conditional on the measured value of the saturated steam temperature, currently valid 102, according to the steam curve 100 the corresponding saturated steam value can be determined. This pressure value of the saturated steam corresponds to the reduced pressure 20.

Na Figura 5, em contraste com o diagrama em conformidade com a Figura 2, são inseridas adicionalmente linhas que correspondem às isotérmicas, isto é, curvas da mesma temperatura, deste modo, 122 representa a isotérmica122 de 20 °C, e 124 a isotérmica-124 de 30 °C. Além disso, pode ser identificado ao longo da etapa 96, como aumenta a temperatura do fluido trocador ao receber adição do vapor de fluido trocador superaquecido ao final do processo de expansão por meio do suprimento de vapor 108. Ao alcançar a pressão reduzida 20, o fluido trocador tem a temperatura de vapor de escape definida 106 acima da pressão reduzida 20 para o valor de temperatura de vapor saturado 102. Assim , o final da etapa 96 estará relativamente bastante distante da área de vapor úmido 86, de tal maneira que partes condensadas no vapor de escape é evitada de forma confiável. No caso de amônia, o valor definido da temperatura do vapor de escape 106 corresponde a cerca de 28 °C e se situa assim cerca de 5 K acima do valor da temperatura de vapor saturado 102 de cerca de 23 °C com a pressão inferior reduzida 20 de cerca de 8,4 bar.In Figure 5, in contrast to the diagram in accordance with Figure 2, lines corresponding to the isotherms are additionally inserted, that is, curves of the same temperature, thus 122 represents the isotherm122 of 20 ° C, and 124 the isotherm- 124 ° C at 30 ° C. In addition, it can be identified during step 96, how the temperature of the exchanger fluid increases when receiving superheated exchanger fluid vapor at the end of the expansion process through the steam supply 108. Upon reaching the reduced pressure 20, the exchanger fluid has the exhaust vapor temperature set 106 above the reduced pressure 20 to the saturated vapor temperature value 102. Thus, the end of step 96 will be relatively far from the wet vapor area 86, in such a way that condensed parts exhaust steam is reliably avoided. In the case of ammonia, the set value of the exhaust steam temperature 106 corresponds to about 28 ° C and is thus about 5 K above the value of the saturated steam temperature 102 of about 23 ° C with the reduced lower pressure 20 of about 8.4 bar.

A Figura 6 mostra o dispositivo de expansão 56 utilizado no dispositivo 10 em conformidade com a Figura 4 e equipado com uma máquina de deslizamento rotativo como máquina deslocadora. A máquina de deslizamento rotativo é um expansor de pistão rotativo que está colocado anteriormente a um compressor de pistão rotativo e no presente caso é um expansor de célula de palheta.Figure 6 shows the expansion device 56 used in device 10 in accordance with Figure 4 and equipped with a rotary sliding machine as a displacement machine. The rotary sliding machine is a rotary piston expander that is placed previously to a rotary piston compressor and in the present case is a vane cell expander.

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29/3729/37

Tal expansor de células de palhetas apresenta um anel cilíndrico 126 com uma admissão 128 e uma escape 130. A admissão 128 serve para deixar injeção em pressão elevada 28, do vapor de fluido trocador e a escape 130, para descarregar o vapor de fluido trocador expandido. Neste caso, para cada sentido do fluxo de vapor de fluido trocador existe a indicação por uma seta de fluxo. O anel cilíndrico 12 6 é formado por um cilindro vazado cuja superfície da camisa interna forma uma parede interna do anel 132. No anel cilíndrico 126 excentricamente ao eixo do cilindro vazado um, êmbolo rotativo 134 está montado centralmente em torno de um eixo 136 rotatório. O êmbolo rotativo 134 contém ao longo de sua deflexão longitudinal oito ranhuras 138, em cada uma das quais existe uma corrediça 140 correspondente montada radialmente e podendo ser deslocada para ambos os lados.Such a vane cell expander has a cylindrical ring 126 with an inlet 128 and an exhaust 130. The inlet 128 serves to allow injection at high pressure 28 of the exchanger fluid vapor and the exhaust 130 to discharge the expanded exchanger fluid vapor. . In this case, for each direction of the flow of steam from the exchanger fluid there is an indication of a flow arrow. The cylindrical ring 126 is formed by a hollow cylinder whose surface of the inner sleeve forms an inner wall of the ring 132. In the cylindrical ring 126 eccentrically to the axis of the hollow cylinder one, rotary piston 134 is centrally mounted around a rotational axis 136. The rotary piston 134 contains along its longitudinal deflection eight grooves 138, in each of which there is a corresponding slide 140 mounted radially and being able to be displaced to both sides.

Para limitar o anel cilíndrico 126 no sentido axial, duas superficies de contenção opostas estão previstas, mas não estão representadas. As duas superficies de contenção delimitam, com o êmbolo rotativo 134, a parede interna do anel 132 e as oito corrediças 140 das oito células 142 o volume 144 variável correspondente.To limit the cylindrical ring 126 in the axial direction, two opposing retaining surfaces are provided, but are not shown. The two containment surfaces delimit, with the rotary plunger 134, the inner wall of the ring 132 and the eight slides 140 of the eight cells 142 the corresponding variable volume 144.

O volume 144 variável individual é formado pelo movimento em que a corrediça 140 respectiva durante a rotação, através da força centrifuga é pressionada contra a parede interna do anel 132 fazendo uma vedação. Pelo fato do êmbolo rotativo 134 estar montado excentricamente no anel cilíndrico 126, varia durante o movimento de rotação a distância entre o êmbolo rotativo 134 e a parede interna do anel 132. Por este motivo a respectiva corrediça 140 durante a rotação é empurrada na ranhura 138 associada para a frente e para trás. Ao se ampliar a distância a corrediça 140 é empurrado para fora da ranhura 138 associada, até ao máximo de distância e assim também o volume maximizado do volume 144The individual variable volume 144 is formed by the movement in which the respective slide 140 during rotation, through the centrifugal force is pressed against the inner wall of the ring 132 making a seal. Because the rotary piston 134 is eccentrically mounted on the cylindrical ring 126, the distance between the rotary piston 134 and the inner wall of the ring 132 varies during the rotation movement. For this reason, the respective slide 140 during rotation is pushed into the groove 138 associated back and forth. When the distance is extended, the slide 140 is pushed out of the associated slot 138, up to the maximum distance and thus also the maximized volume of the volume 144

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30/37 é atingido. Subsequentemente, a distância se reduz novamente e a corrediça 140 deslizando ao longo da parede interna do 132, é por assim dizer impulsionada pela parede interna do anel 132 para dentro da ranhura 138 associada, até que o minimo de distância e assim o volume minimo do volume 144 seja atingido.30/37 is reached. Subsequently, the distance is reduced again and the slide 140 sliding along the inner wall of the 132, is, as it were, driven by the inner wall of the ring 132 into the associated groove 138, until the minimum distance and thus the minimum volume of the volume 144 is reached.

O volume 144 variável durante o movimento de rotação cresce a partir da admissão 128 até a escape 130, de modo que na passagem do vapor de fluido trocador sob pressão elevada 28, este vapor de fluido trocador seja expandido. Durante a expansão, o vapor de fluido trocador pressiona na direção orbital respectivamente contra uma corrediça 140, de tal modo que o movimento de rotação se inicia e é mantido. Desta maneira o eixo 136 é acionado o que por sua vez aciona o gerador 58 para geração da corrente elétrica.The variable volume 144 during the rotating movement grows from the intake 128 to the exhaust 130, so that in the passage of the exchanger fluid vapor under high pressure 28, this exchanger fluid vapor is expanded. During expansion, the exchanger fluid vapor presses in the orbital direction against a slide 140 respectively, in such a way that the rotation movement starts and is maintained. In this way the axis 136 is driven which in turn drives the generator 58 to generate the electric current.

O volume variável 144 de cada célula 142 é em sua capacidade, dependente do ângulo de rotação correspondente ao movimento de rotação, que pode ser dividido em zonas individuais de ângulo de rotação sucessivas. Assim, o volume 144 numa zona de ângulo de rotativo 14 6 apresenta o seu volume minimo. Na admissão 128, o volume 144 aumenta numa zona de ângulo rotativo 148 lentamente durante a injeção de vapor do fluido trocador comprimido e é expandido na zona de ângulo rotativo 150 até ao seu volume máximo. Na contração, a temperatura do vapor do fluido trocador decresce. Antes de atingir o volume máximo, através do duto de fornecimento de vapor 110 de fluido trocador pelo suprimento 108 é introduzido, ou seja, por injeção intermediária em cada célula 142 o vapor superaquecido de fluido trocador Graças ao vapor de fluido trocador injetado intermédia, a temperatura do vapor de fluido trocador em expansão, é aumentada a tal ponto que o vapor de escape na escape 130 do vapor de fluido trocador apresenta o valor da temperatura definida para vaporThe variable volume 144 of each cell 142 is in its capacity, depending on the rotation angle corresponding to the rotation movement, which can be divided into successive individual rotation angle zones. Thus, volume 144 in a rotational angle zone 146 has its minimum volume. At inlet 128, volume 144 increases in a rotating angle zone 148 slowly during the injection of steam from the compressed exchanger fluid and is expanded in the rotating angle zone 150 to its maximum volume. In the contraction, the temperature of the vapor of the exchanger fluid decreases. Before reaching the maximum volume, through the steam supply duct 110 of exchanger fluid through supply 108, the superheated vapor of exchanger fluid is introduced by intermediate injection into each cell 142 Thanks to the intermediate injected exchanger fluid vapor, the the temperature of the expanding exchanger fluid vapor is increased to such an extent that the exhaust vapor in the exhaust 130 of the exchanger fluid vapor has the value of the temperature set for steam

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31/37 de escape 10 6. 0 vapor de fluido trocador com este aquecimento intermediário e expandido em seu volume máximo flui então para uma zona de ângulo rotativo 152, exceto por um pequeno volume residual do escape 130. O vapor de fluido trocador que sai através do escape 130 de cada célula 142 é neste caso o vapor de fluido trocador admitido através da admissão 128 com o vapor de fluido trocador injetado intermédia. O volume residual permanece na respectiva célula 142 e na zona de ângulo rotativo 146 é comprimido através até que na admissão 128 novamente seja injetado vapor de fluido trocador . Este processo se repete periodicamente.31/37 exhaust 10 6. The exchanger fluid vapor with this intermediate and expanded heating at its maximum volume then flows into a rotating angle zone 152, except for a small residual volume from the exhaust 130. The exchanger fluid vapor that leaves through the exhaust 130 of each cell 142 it is in this case the exchanger fluid vapor admitted through the inlet 128 with the intermediate injected exchanger fluid vapor. The residual volume remains in the respective cell 142 and in the rotating angle zone 146 it is compressed through until inlet 128 again exchanger fluid vapor is injected. This process is repeated periodically.

A relação de expansão, isto é, a relação entre o volume 144 na admissão 128 e o volume 144 no escape 130 está ajustada para 1 a 3 até 1 a 4 e assim especialmente adaptado para o amoniaco como fluido trocador.The expansion ratio, that is, the ratio between volume 144 at intake 128 and volume 144 at exhaust 130 is set to 1 to 3 through 1 to 4 and thus specially adapted for the ammonia as an exchange fluid.

Para selar e lubrificar a respectiva ranhura 138 e a correspondente corrediça 140, as fendas radiais e axiais que ocorram, existe previsão de uma tubulação para suprimento de óleo 66 para fornecer óleo (Figura 4) . Com este óleo, a superfície de deslizamento da corrediça 140 ao longo da parede interna do anel 132 é especialmente vedada e lubrifiçada. O óleo mistura-se ao vapor do fluido trocador quando este se expande, como já descrito e é descarregado através do duto de vapor de escape 60 através do separador de óleo 70 saindo do dispositivo de expansão 56. No separador de óleo 70, o óleo separa-se novamente do vapor de fluido trocador. Devido ao fato de que o óleo separado por meio do equipamento 10 em conformidade com a Figura 4 e a Figura 7, uma parte significativa de fluido trocador liquido é evitada de forma confiável, pode o aquecedor de óleo 76 normalmente necessário em conformidade com a Figura 1 ser descartado com a respectiva economia de energia.In order to seal and lubricate the respective groove 138 and the corresponding slide 140, the radial and axial cracks that occur, there is provision for an oil supply pipe 66 to supply oil (Figure 4). With this oil, the slide surface of slide 140 along the inner wall of ring 132 is specially sealed and lubricated. The oil mixes with the vapor of the exchanger fluid when it expands, as already described and is discharged through the exhaust steam duct 60 through the oil separator 70 leaving the expansion device 56. In the oil separator 70, the oil separates again from the exchange fluid vapor. Due to the fact that the oil separated by means of equipment 10 in accordance with Figure 4 and Figure 7, a significant part of liquid exchanger fluid is reliably avoided, oil heater 76 can normally be required in accordance with Figure 1 be discarded with the respective energy savings.

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32/3732/37

No dispositivo 10 da Figura 7 é através da instalação de uma válvula de regulagem 104 conseguida uma pressão de retorno sobre o fluido trocador, de tal modo que o vapor escape do fluido trocador expandido terá o valor de temperatura definida do vapor de escape 106 acima da pressão reduzida 20 correspondente ao valor de temperatura de vapor saturado 102. Para este fim, está prevista uma válvula de controle ou seja, válvula de controle de escape 154 do vapor como um elemento de bloqueio 156, com o qual a tubulação de vapor do duto de escape 60 pode ser bloqueado. Com este bloqueio, é evitada uma redução da pressão do fluido trocador na direção de circulação 24. O fluido trocador é represado no duto de vapor de escape 60 no sentido contrário da circulação 24, ou seja, represado na direção do fluxo, pelo que a contrapressão desejada pode ser gerada. Com uma abertura da válvula de controle do escape 154, a contrapressão pode ser reduzida novamente quando necessário.In the device 10 of Figure 7 it is through the installation of a regulating valve 104 that a return pressure is achieved on the exchanger fluid, such that the vapor escaping from the expanded exchanger fluid will have the set temperature value of the exhaust vapor 106 above the reduced pressure 20 corresponding to the saturated steam temperature value 102. For this purpose, a control valve is provided, that is, a steam exhaust control valve 154 as a locking element 156, with which the steam pipe of the duct exhaust 60 can be blocked. With this block, a reduction in the pressure of the exchanger fluid in the direction of circulation 24 is avoided. The exchanger fluid is dammed in the exhaust steam duct 60 in the opposite direction of circulation 24, that is, damped in the flow direction, so the desired back pressure can be generated. With an opening of the exhaust control valve 154, the back pressure can be reduced again when necessary.

Para a regulagem do registro de controle da válvula de escape 154, a configuração do equipamento de regulagem 104 do dispositivo 10 em conformidade com a Figura 7 o elemento de medição da temperatura 114 da expansão na direção de circulação 24, pouco antes da válvula de controle de escape 154. Depois da válvula de controle de escape 154 e pouco antes do dispositivo condensador 62, está colocado o elemento de medição da temperatura 116 com o qual o valor de temperatura do vapor saturado 102, do fluido trocador, como descrito para a Figura 4, pode ser determinado. Além disso, o elemento de medição de pressão 118 está previsto no sentido de circulação 24 após a válvula de controle do escape 154 e imediatamente antes do dispositivo de condensação 62. Com o elemento de medição de pressão 118, um valor de pressão no processo ciclico 16 atualmente valido para a pressão reduzidaFor the regulation of the exhaust valve control register 154, the configuration of the regulating equipment 104 of the device 10 in accordance with Figure 7 the temperature measurement element 114 of the expansion in the direction of circulation 24, just before the control valve exhaust valve 154. After the exhaust control valve 154 and just before the condenser device 62, the temperature measuring element 116 is placed with which the temperature value of the saturated vapor 102, of the exchanger fluid, as described for Figure 4, can be determined. In addition, the pressure measuring element 118 is provided in the direction of circulation 24 after the exhaust control valve 154 and immediately before the condensing device 62. With the pressure measuring element 118, a pressure value in the cyclical process 16 currently valid for reduced pressure

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 55/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 55/68

33/37 pode ser medido pouco antes do dispositivo de condensação 62 em conformidade com as execuções relativas a Figura 4.33/37 can be measured just before the condensing device 62 in accordance with the executions related to Figure 4.

Os elementos de medição de temperatura 114 e 116 assim como o elemento de medição de pressão 118 são acoplados para transmitir dados para o dispositivo de controle 120, que fecha ou abre a válvula de controle de escape 154 dependendo do resultado da medição. Correspondente ao valor de pressão medido da pressão reduzida 20, e deste modo os resultados da pressão do vapor saturado atualmente válidos armazenados no dispositivo de controle 120 em conformidade com o a curva de vapor 100 correspondente ao valor de temperatura válida para o vapor saturado 102. Dependendo do valor válido de temperatura do vapor saturado 102 por meio do dispositivo de controle 120, a válvula de regulagem de escape 154 é mantida tanto tempo e/ou tão aberta, até gue com o elemento de medição de temperatura 114 ou 116 o valor da temperatura definida para vapor de escape 106 seja medido.The temperature measuring elements 114 and 116 as well as the pressure measuring element 118 are coupled to transmit data to the control device 120, which closes or opens the exhaust control valve 154 depending on the measurement result. Corresponding to the measured pressure value of the reduced pressure 20, and thus the currently valid saturated steam pressure results stored in the control device 120 in accordance with the steam curve 100 corresponding to the valid temperature value for the saturated steam 102. Depending on of the valid temperature value of the saturated steam 102 by means of the control device 120, the exhaust regulating valve 154 is kept as long and / or so open, until the temperature value 114 or 116 is set with the temperature value exhaust steam 106 is measured.

Na Figura 8 pode se ver que por meio da válvula de controle do escape 154 a pressão de escape pode ser elevada a uma primeira pressão reduzida 158, que será ligeiramente mais elevada do que a pressão reduzida 20. Deste modo o vapor de fluido trocador superaquecido por meio do dispositivo de expansão 56 vai inicialmente num primeiro estágio de expansão 160 para a primeira pressão reduzida 158. Para a amônia, esta primeira pressão reduzida 158 é de cerca de 12 bar. Para esta primeira pressão reduzida 158 em conformidade com a curva de vapor 100 corresponde uma temperatura de vapor saturado de cerca de 33 °C.In Figure 8 it can be seen that through the exhaust control valve 154 the exhaust pressure can be raised to a first reduced pressure 158, which will be slightly higher than the reduced pressure 20. In this way the superheated exchanger fluid vapor by means of the expansion device 56 it initially goes on a first expansion stage 160 for the first reduced pressure 158. For ammonia, this first reduced pressure 158 is about 12 bar. For this first reduced pressure 158 in accordance with the steam curve 100, a saturated steam temperature of about 33 ° C corresponds.

Na direção de circulação 24 após a válvula de controle de escape 154, a primeira pressão reduzida 158 é residualmente expandida para uma segundo estágio de expansão 162 da pressão reduzida correspondente à pressão reduzida 20. A pressão reduzida 20 é a pressão de condensação do fluidoIn the direction of circulation 24 after the exhaust control valve 154, the first reduced pressure 158 is residually expanded to a second expansion stage 162 of the reduced pressure corresponding to the reduced pressure 20. The reduced pressure 20 is the condensing pressure of the fluid

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 56/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 56/68

34/37 trocador, isto é, a pressão na qual o fluido trocador é condensado no dispositivo de condensação 62. Na Figura 8 pode se observar que a temperatura do fluido trocador após a expansão para a pressão reduzida 20 tem o valor definido de temperatura de vapor de escape 106 acima do da pressão reduzida 20 correspondente valor de temperatura do vapor saturado 102. O ponto final da etapa 96 está localizado assim fora da região de vapor úmido 8 6, pelo que a condensação do vapor de fluido trocador é impedida.34/37 exchanger, that is, the pressure at which the exchanger fluid is condensed in the condensing device 62. In Figure 8, it can be seen that the temperature of the exchanger fluid after expansion to reduced pressure 20 has the set value of exhaust steam 106 above that of the reduced pressure 20 corresponding to the saturated steam temperature value 102. The end point of step 96 is thus located outside the wet steam region 86, whereby condensation of the exchanger fluid vapor is prevented.

Noutra forma não representada, de exemplo de execução, o dispositivo de aumento de pressão 26 é concebido com uma bomba de vapor. A bomba de vapor serve para aumentar a pressão no fluido trocador pela ação de vapor sobre o fluido trocador. Para este efeito, a bomba de vapor é transmissora de calor por meio do dispositivo de transferência de calor 30 e de um transmissor de vapor conectados à fonte de calor 14. dispositivo de transferência de calor 30 que forma vapor de fluido trocador deve parcialmente ser transferido do transmissor de vapor para a bomba de vapor. Desta maneira, a energia térmica da fonte de calor 14 pode ser particularmente bem utilizada e também uma energia eléctrica de outro modo seria requerida para o impulsionador de pressão 26 pode ser poupada. No geral, a eficiência pode ser mais uma vez aumentada.In another form not shown, for example, the pressure increase device 26 is designed with a steam pump. The steam pump serves to increase the pressure in the exchanger fluid by the action of steam on the exchanger fluid. For this purpose, the steam pump is a heat transmitter by means of the heat transfer device 30 and a steam transmitter connected to the heat source 14. heat transfer device 30 which forms steam from exchanger fluid must be partially transferred from the steam transmitter to the steam pump. In this way, the thermal energy from the heat source 14 can be particularly well used and also electrical energy would otherwise be required for the pressure booster 26 can be saved. Overall, efficiency can be increased again.

Além disso, por meio da solução em conformidade com a invenção, pode também haver otimização em um processo de secagem para secar uma substância. Além disso a energia liberada na etapa da condensação 98 do fluido trocador pode ser conectado com transmissão de energia para o processo de secagem. Adicionalmente serão usadas para a secagem da substância como fontes de calor adicionais 14 e 17 o calor residual de motor assim como calor residual de gás de escapeIn addition, through the solution according to the invention, there can also be optimization in a drying process to dry a substance. In addition, the energy released in the condensation step 98 of the exchanger fluid can be connected with energy transmission for the drying process. In addition, residual engine heat as well as residual exhaust gas heat will be used for drying the substance as additional heat sources 14 and 17

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 57/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 57/68

35/37 de algum processo de queima de material inflamável principalmente biogás.35/37 of some process of burning flammable material mainly biogas.

LISTA DOS NÚMEROS DE REFERÊNCIALIST OF REFERENCE NUMBERS

Dispositivo para conversão de energia térmica procedimentos fonte de calor processo ciclico termodinâmico fonte de calor recipientes de coleta pressão reduzida duto, tubulação sentido de circulação, do circuito dispositivo de aumento de pressão pressão elevada dispositivo de transferência de calor primeiro trocador de calor segundo trocador de calor duto, tubulação duto, tubulação separadores área inferior área superior duto, tubulação duto, tubulação duto, tubulação duto, tubulação válvula de entrada dispositivo de expansão gerador duto de vapor de escape ou duto de exaustão dispositivo de condensação circuito de alimentação de óleo tubulação de suprimento de óleo ou alimentaçãoDevice for converting thermal energy procedures heat source thermodynamic cyclical process heat source collection containers reduced pressure duct, pipe direction of circulation, circuit high pressure increase device heat transfer device first heat exchanger second heat exchanger duct, duct pipe, separator pipe lower area upper duct area, duct pipe, duct pipe, duct pipe, inlet valve expansion device generator exhaust steam duct or exhaust duct condensing device oil supply circuit supply pipe of oil or feed

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 58/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 58/68

36/37 válvula de entrada de óleo separador de óleo elemento de separação tubulação de descarga de óleo recipiente de coleta de óleo36/37 oil inlet valve oil separator separation element oil discharge pipe oil collection container

Aquecedor de óleo dutos de circulação de vaporOil heater steam circulation ducts

Bomba de óleo tubulação do circuito de aquecimento pressão logarítmica entalpiaOil pump heating circuit pipe logarithmic pressure enthalpy

85 85 Curva Curve de in limite de fase phase limit 86 86 área < area < de vapor úmido wet steam 88 88 etapa stage de in aumento da pressão increased pressure 90 90 etapa stage de in pré-aquecimento preheating 92 92 etapa stage de in vaporização vaporization 94 94 etapa stage de in superaquecimento overheating 96 96 etapa stage de in expansão expansion 98 98 etapa stage de in condensação condensation

100 Curva de vapor100 Steam curve

102 valor da temperatura de vapor saturado102 value of saturated steam temperature

104 dispositivo de regulagem104 regulating device

106 temperatura definida do vapor de escape106 set exhaust steam temperature

108 suprimento de vapor108 steam supply

110 duto de fornecimento de vapor110 steam supply duct

112 válvula de admissão112 inlet valve

114 elemento de medição da temperatura114 temperature measuring element

116 elemento de medição da temperatura116 temperature measuring element

118 elemento de medição da pressão118 pressure measuring element

120 dispositivo de controle120 control device

122 isotérmica a 20 °C122 isothermal at 20 ° C

124 isotérmica a 30 °C124 isothermal at 30 ° C

126 Anel cilíndrico126 Cylindrical ring

Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 59/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 59/68

37/37 admissão escape parede interna do anel êmbolos rotativos eixo ranhura corrediça células volume37/37 inlet exhaust inner wall of the ring rotary pistons shaft slide slide cells volume

zona zone de in ângulo angle rotativo rotary zona zone de in ângulo angle rotativo rotary zona zone de in ângulo angle rotativo rotary zona zone de in ângulo angle rotativo rotary

válvulas ou válvula de controle de escape elemento de bloqueio primeira pressão reduzida primeiro estágio de expansão segundo estágio de expansãovalves or exhaust control valve blocking element first reduced pressure first expansion stage second expansion stage

Claims (10)

REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo (10) para converter energia térmica de uma fonte de calor (14, 17) em energia mecânica por meio de um processo ciclico termodinâmico (16) com1. Device (10) for converting thermal energy from a heat source (14, 17) into mechanical energy by means of a thermodynamic cyclical process (16) with - um fluido trocador, que circula num processo ciclico (16) e, assim, exposto a uma pressão variável, em que para cada pressão respectiva é associado a um valor de temperatura de vapor saturado do fluido trocador, assim como- an exchange fluid, which circulates in a cyclical process (16) and thus exposed to a variable pressure, where for each respective pressure it is associated with a saturated vapor temperature value of the exchange fluid, as well as - um dispositivo de expansão(56) para expandir o fluido trocador de uma pressão elevada (28) para uma pressão reduzida (20), em que o fluido trocador depois de expandir para a pressão reduzida (20) apresenta uma temperatura de escape, caracterizado pelo fato de ser previsto um dispositivo de regulagem (104) para ajustar a temperatura do vapor de escape numa temperatura definida de vapor de escape (106) acima do valor da pressão reduzida (20) correspondente ao valor da temperatura de vapor saturado (102) .- an expansion device (56) for expanding the exchanger fluid from a high pressure (28) to a reduced pressure (20), wherein the exchanger fluid after expanding to the reduced pressure (20) has an exhaust temperature, characterized in that a regulating device (104) is provided to adjust the exhaust steam temperature to a defined exhaust steam temperature (106) above the reduced pressure value (20) corresponding to the saturated steam temperature value (102) . 2. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo valor da temperatura de vapor de escape (106) estar situado entre 2 K e 12 K, de preferência entre 4 K e 8 K assim como particularmente preferencialmente entre 5 K e 6 K acima da pressão reduzida (20) correspondente ao valor da temperatura do vapor saturado (102) .Equipment according to claim 1, characterized in that the value of the exhaust vapor temperature (106) is between 2 K and 12 K, preferably between 4 K and 8 K as well as particularly preferably between 5 K and 6 K above the reduced pressure (20) corresponding to the saturated steam temperature value (102). 3. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, por meio do dispositivo de regulagem (104), é possibilitado o aumento da temperatura do fluido trocador de tal modo, que a temperatura do vapor de escape apresentará o valor de temperatura de vapor escape definido (106), acima do da pressão reduzida (20) correspondente ao valor de temperatura de vapor saturado (102) .3. Equipment, according to claim 1 or 2, characterized by the fact that, by means of the regulating device (104), it is possible to increase the temperature of the exchanger fluid in such a way that the temperature of the exhaust vapor will present the set exhaust steam temperature value (106), above that of the reduced pressure (20) corresponding to the saturated steam temperature value (102). 4. Equipamento, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que, por meio do dispositivo de 4. Equipment, according to claim 3, characterized by the fact that, by means of the Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 66/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 66/68 2/3 ajuste (104), a temperatura do fluido trocador dentro do dispositivo de expansão (56) pode ser aumentada.2/3 setting (104), the temperature of the exchanger fluid inside the expansion device (56) can be increased. 5. Equipamento, de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de o meio do dispositivo de regulagem (104) compreender um suprimento de vapor (108) para fornecer vapor ao fluido trocador, sendo o vapor especialmente vapor superaquecido.Equipment according to one of claims 1 to 4, characterized in that the means of the regulating device (104) comprises a supply of steam (108) to supply steam to the exchanger fluid, the steam being especially superheated steam. 6. Equipamento, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de o vapor ser um vapor de fluido trocador.6. Equipment according to claim 5, characterized by the fact that the vapor is an exchange fluid vapor. 7. Equipamento, de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que, por meio do dispositivo de regulagem (104), é possível gerar uma contra pressão tal sobre o fluido trocador, que o vapor de escape apresenta o valor de temperatura de escape definido (106) acima da pressão reduzida (20) correspondente ao valor de temperatura do vapor saturado (102).7. Equipment according to one of claims 1 to 6, characterized by the fact that, by means of the regulating device (104), it is possible to generate such a counter pressure on the exchanger fluid, that the exhaust vapor has the value set exhaust temperature (106) above the reduced pressure (20) corresponding to the saturated steam temperature value (102). 8. Equipamento, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o meio do dispositivo de regulagem (104), para conseguir gerar a contrapressão sobre o fluido trocador, compreender um elemento de bloqueio (156) que é especialmente concebido com uma válvula de controle de escape (154) para abrir e fechar seletivamente uma tubulação que conduz o fluido trocador (60).8. Equipment according to claim 7, characterized in that the means of the regulating device (104), in order to generate the back pressure on the exchanger fluid, comprises a locking element (156) which is specially designed with a valve exhaust control (154) to selectively open and close a pipe that conducts the changing fluid (60). 9. Equipamento, de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de o fluido trocador circular no sentido do circuito (24) e neste sentido de circuito (24) após o dispositivo de expansão (56), é previsto um dispositivo de condensação (62) para a condensação do fluido trocador expandido, em que o dispositivo de regulagem (104) inclui um elemento de medição de temperatura (114, 116) para medir a temperatura do fluido trocador em sentido do circuito (24) após a expansão e antes da condensação e/ou um 9. Equipment according to one of claims 1 to 8, characterized in that the exchanger fluid circulates in the direction of the circuit (24) and in this direction of the circuit (24) after the expansion device (56), a device is provided condensing device (62) for condensing the expanded exchanger fluid, where the regulating device (104) includes a temperature measuring element (114, 116) for measuring the temperature of the exchanging fluid in the direction of the circuit (24) after expansion and before condensation and / or a Petição 870190080769, de 20/08/2019, pág. 67/68Petition 870190080769, of 20/08/2019, p. 67/68 3/3 elemento de medição de pressão (118) para medir a pressão do fluido trocador no sentido do circuito (24) após a expansão e antes da condensação.3/3 pressure measuring element (118) for measuring the pressure of the exchanger fluid in the direction of the circuit (24) after expansion and before condensation. 10. Procedimento (12) para converter energia térmica de uma fonte de calor (14, 17) em energia mecânica por meio de um sistema cíclico termodinâmico (16) com um fluido trocador, que flui no sistema cíclico (16) e exposto a uma pressão variável, e onde a cada pressão respectiva está associado a um valor de temperatura do vapor saturado do fluido trocador, assim como uma etapa (96) de expansão do fluido trocador de uma pressão elevada (28) para uma pressão reduzida (20), onde o fluido trocador após a expansão para a pressão reduzida (20) apresenta uma temperatura de escape, caracterizado pelo fato de a temperatura de escape estar numa temperatura de vapor de escape (106) definida, ajustada acima da de pressão reduzida (20) correspondente ao valor de temperatura do vapor saturado (102) .10. Procedure (12) for converting thermal energy from a heat source (14, 17) into mechanical energy by means of a thermodynamic cyclic system (16) with an exchanger fluid, which flows in the cyclic system (16) and exposed to a variable pressure, and where each respective pressure is associated with a temperature value of the saturated vapor of the exchanger fluid, as well as a step (96) of expansion of the exchanger fluid from a high pressure (28) to a reduced pressure (20), where the exchanger fluid after expansion to reduced pressure (20) has an exhaust temperature, characterized by the fact that the exhaust temperature is at a defined exhaust vapor temperature (106), set above the corresponding reduced pressure (20) to the temperature value of the saturated steam (102).
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