BR112019026013B1 - Dispositivo de geração de energia combinada - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um dispositivo de geração de energia combinada, que, de acordo com a presente invenção, compreende: um motor (110); uma primeira linha de fluxo (121); um tur-bocompressor (130); uma segunda linha de fluxo (122); uma terceira linha de fluxo (123); um compressor (211); uma primeira linha de meio (221); uma turbina de meio (212); uma segunda linha de meio (222); um resfriador de meio operacional (213); um recuperador (215); uma unidade de geração de energia (214); uma linha transversal (233); um primeiro trocador de calor (251); um segundo trocador de calor (252); e um terceiro trocador de calor (253).

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção refere-se a um dispositivo de geração de energia combinada. Mais particularmente, a presente invenção se refere a um dispositivo de geração de energia combinada, que pode gerar energia usando calor residual de um motor.

ANTECEDENTES

[0002] Em virtude do clima se tornar uma questão de preocupação mundial, todos os países estão enfrentando ativamente a variação climática. Os grandes países adotam várias políticas para reduzir o meio operacional de estufa. O campo da navegação adota o Índice de Projeto com Eficiência de Energia para novos navios (EEDI) e regula para satisfazer os padrões de eficiência de energia em um novo projeto e em uma nova construção de navios. Desde 2015, a Europa setentrional (incluindo o mar Báltico, o mar do Norte e o canal Inglês) e a América do Norte (200 milhas náuticas - aproximadamente 370 quilômetros - das costas dos Estados Unidos e do Canadá) impõem o padrão de ECA (Área de Controle de Emissões de meio operacional de descarga), para estabelecer áreas de controle de emissão de meio operacional de descarga, desse modo, permitindo que os navios naveguem com alta eficiência e compatíveis com o meio ambiente. Como tal, várias políticas regulatórias estão sendo preparadas.

[0003] No passado, um dispositivo de recuperação de calor residual para um motor era aplicado simplesmente para reduzir o custo do combustível. No entanto, recentemente, a necessidade para um dispositivo de recuperação de calor residual está aumentando para cumprir as legislações ambientais fortalecidas, além de reduzir o custo do combustível. Essa tendência é esperada ficar gradualmente mais forte mesmo no campo de geração de energia de motor. As empresas de geração de energia fazem esforços para lidar com as legislações ambientais fortalecidas por modificação de um motor usando óleo Combustível de Alto Teor de Enxofre (HFO) em um motor de combustível operacional médio limpo, ou por instalação de dispositivo de recuperação de calor residual para um motor.

[0004] Um método de geração de energia existente, no qual vapor é gerado para acionar uma turbina de vapor, é problemático pelo fato de que a eficiência é muito baixa devido à baixa temperatura de uma fonte térmica, a configuração de um dispositivo é complicada, e o volume do dispositivo é também grande.

[0005] No que se refere à técnica relacionada da presente invenção, a publicação do pedido de patente coreana não examinado de número 2017-0009336 (publicado em 25 de janeiro de 2017, título da invenção: "System and method for optimizing ship energy efficiency") foi proposta.

DESCRIÇÃO PROBLEMA TÉCNICO

[0006] A presente invenção foi desenvolvida para solucionar os problemas e as dificuldades mencionados acima e se refere a um dispositivo de geração de energia combinada, que pode gerar energia usando calor residual de um motor.

SOLUÇÃO TÉCNICA

[0007] Um dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a presente invenção, inclui um: um motor acionado por combustão de combustível; uma primeira linha de fluxo conectada ao motor; um turbocompressor conectado à primeira linha de fluxo, e que comprime o ar de recirculação descarregado do motor; uma segunda linha de fluxo conectando o turbocompressor com o motor, de modo que o ar de recirculação, comprimido no turbocompressor, seja fornecido ao motor; uma terceira linha de fluxo oriunda da primeira linha de fluxo, de modo que o gás de descarga da primeira linha de fluxo seja descarregado para o exterior; um compressor comprimindo um meio operacional; uma primeira linha de meio conectada ao compressor; uma turbina de meio conectada à primeira linha de meio, e acionada pelo meio operacional alimentado da primeira linha de meio; uma segunda linha de meio conectando a turbina de meio com o compressor; um resfriador de meio operacional conectado à segunda linha de meio, e resfriando o meio operacional descarregado da turbina de meio; um recuperador conectado à primeira linha de meio e à segunda linha de meio, e executando um processo de troca térmica entre a primeira linha de meio e a segunda linha de meio; uma unidade de geração de energia instalada na turbina de meio para gerar energia pela energia que é produzida da turbina de meio; uma linha de derivação do recuperador conectada a um lado de entrada e a um lado de saída do recuperador na primeira linha de meio; uma linha transversal conectada em paralelo com a linha de derivação do recuperador, para conectar um lado de entrada com um lado de saída da linha de derivação do recuperador; um primeiro trocador de calor, conectado com a linha de derivação do recuperador e com a segunda linha de fluxo, para executar um processo de troca térmica entre o meio operacional da linha de derivação do recuperador e o ar de recirculação da segunda linha de fluxo; um segundo trocador de calor, conectado à linha transversal e à terceira linha de fluxo, para executar um processo de troca térmica entre o meio operacional da linha transversal e o gás de descarga da terceira linha de fluxo; e um terceiro trocador de calor, conectado à terceira linha de fluxo e à primeira linha de meio, para executar um processo de troca térmica entre o gás de descarga da terceira linha de fluxo e o meio operacional da primeira linha de meio.

[0008] O primeiro trocador de calor pode ser disposto na linha de derivação do recuperador em paralelo com o recuperador, o segundo trocador de calor pode ser disposto na linha transversal em paralelo com o primeiro trocador de calor, e o terceiro trocador de calor pode ser disposto entre o recuperador e a turbina de meio em série com o recuperador.

[0009] O dispositivo de geração de energia combinada de incluir ainda uma primeira válvula reguladora, instalada na terceira linha de fluxo, para regular um grau de abertura da terceira linha de fluxo.

[0010] O dispositivo de geração de energia combinada pode incluir ainda: uma quarta linha de fluxo oriunda da terceira linha de fluxo para descarregar o gás de descarga da terceira linha de fluxo para o exterior; e uma segunda válvula reguladora, instalada na quarta linha de fluxo, para regular um grau de abertura da quarta linha de fluxo.

[0011] O dispositivo de geração de energia combinada pode incluir ainda um resfriador de ar de recirculação, instalado na segunda linha de fluxo, para resfriar o ar de recirculação da segunda linha de fluxo.

[0012] O dispositivo de geração de energia combinada pode incluir ainda: uma primeira válvula de distribuição de fluxo disposta em uma parte na qual a primeira linha de fluxo e o lado de entrada da linha de derivação do recuperador são conectados, e controlando uma vazão do meio operacional, que escoa para o recuperador e a linha de derivação do recuperador; e uma segunda válvula de distribuição de fluxo disposta em uma parte na qual a linha de derivação do recuperador e um lado de entrada da linha transversal são conectados, e controlando a vazão do meio operacional, que escoa para o primeiro trocador de calor e para o segundo trocador de calor.

[0013] O dispositivo de geração de energia combinada pode incluir ainda: uma linha de inventário conectando a primeira linha de meio com a segunda linha de meio; um tanque de inventário reabastecendo o meio operacional na segunda linha de meio pela linha de inventário; e uma válvula de inventário instalada em qualquer lado da linha de inventário.

[0014] Um lado da linha de inventário pode ser conectado entre um lado de saída do compressor e o lado de entrada do recuperador na primeira linha de meio, e o outro lado da linha de inventário é conectado entre o lado de saída do recuperador e um lado de entrada do compressor na segunda linha de meio.

[0015] O dispositivo de geração de energia combinada pode incluir: uma bomba de vácuo conectada à segunda linha de meio para criar um estado de vácuo na segunda linha de meio; uma bomba intensificadora conectada à segunda linha de meio para injetar o meio operacional na segunda linha de meio; e um tanque de armazenamento conectado à bomba intensificadora para fornecer o meio operacional à bomba intensificadora.

[0016] O dispositivo de geração de energia combinada pode incluir ainda uma linha de reabastecimento conectando a bomba intensificadora com o tanque de inventário para reabastecer o meio operacional no tanque de inventário.

[0017] O dispositivo de geração de energia combinada pode incluir ainda: um soprador de limpeza instalado para aspergir o meio operacional no segundo trocador de calor e no terceiro trocador de calor para eliminar incrustação; e uma linha de limpeza conectada ao soprador de limpeza para fornecer o meio operacional ao soprador de limpeza.

[0018] A linha de limpeza pode ser conectada ao soprador de limpeza e ao tanque de armazenamento.

[0019] A linha de limpeza pode ser conectada ao soprador de limpeza e ao tanque de inventário.

[0020] O dispositivo de geração de energia combinada pode incluir ainda: um extintor de incêndio instalado entre o segundo trocador de calor e o terceiro trocador de calor; e uma linha de extinção de incêndio conectada ao extintor de incêndio para fornecer o meio operacional ao extintor de incêndio.

[0021] A linha de extinção de incêndio pode ser conectada ao tanque de inventário ou ao tanque de armazenamento.

[0022] O dispositivo de geração de energia combinada pode incluir ainda: uma linha de recirculação, disposta entre o compressor e o recuperador, e conectando a primeira linha de meio com a segunda linha de meio para fazer com que o meio operacional da primeira linha escoe para a segunda linha de meio; e uma válvula de recirculação instalada na linha de recirculação.

[0023] O dispositivo de geração de energia combinada pode incluir ainda: uma linha de derivação da turbina, disposta entre o recuperador e a turbina de meio, e conectando a primeira linha de meio com a segunda linha de meio para fazer com que o meio operacional da primeira linha de meio escoe para a segunda linha de meio; e uma válvula de derivação da turbina instalada na linha de derivação da turbina.

EFEITOS VANTAJOSOS

[0024] De acordo com a presente invenção, desde que a energia térmica do gás de descarga e do ar de recirculação, descarregados de um motor, seja recuperada para aquecer um meio operacional de uma primeira linha de meio e o meio operacional aquecido (dióxido de carbono supercrítico) acione uma turbina de meio, a eficiência de geração de energia da turbina de meio pode ser aperfeiçoada, e o tamanho de um dispositivo de geração de energia pode ser reduzido.

[0025] Além do mais, de acordo com a presente invenção, desde que um primeiro trocador de calor, um segundo trocador de calor e um terceiro trocador de calor recuperem a energia térmica do ar de recirculação e do gás de descarga, a taxa de recuperação da energia de calor residual pode ser aperfeiçoada.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0026] A Figura 1 é um diagrama de circuito ilustrando um dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com uma primeira concretização da presente invenção.

[0027] A Figura 2 é um diagrama de circuito ilustrando um dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com uma segunda concretização da presente invenção.

[0028] A Figura 3 é um diagrama de circuito ilustrando um dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com uma terceira concretização da presente invenção.

[0029] A Figura 4 é um diagrama de circuito ilustrando um dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com uma quarta concretização da presente invenção.

[0030] A Figura 5 é um diagrama de circuito ilustrando um dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com uma quinta concretização da presente invenção.

[0031] A Figura 6 é um diagrama de circuito ilustrando um dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com uma sexta concretização da presente invenção.

MELHOR MODO

[0032] A seguir, uma concretização de um dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a presente invenção, vai ser descrita com referência aos desenhos em anexo. Na descrição do dispositivo de geração de energia combinada, as espessuras das linhas ou os tamanhos dos elementos mostrados nos desenhos podem estar exagerados para clareza e conveniência de descrição. Além do mais, os termos que vão ser descritos abaixo são definidos considerando as funções da presente invenção, e podem ser alterados de acordo com uma intenção ou preferência do operador. Por conseguinte, esses termos devem ser definidos com base no conteúdo por todo o relatório descritivo.

[0033] Primeiramente, um dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com uma primeira concretização da presente invenção, vai ser descrito.

[0034] A Figura 1 é um diagrama de circuito ilustrando um dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com uma primeira concretização da presente invenção.

[0035] Com referência à Figura 1, o dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a concretização da presente invenção, inclui um motor 110, uma primeira linha de fluxo 121, um turbocompressor 130, uma segunda linha de fluxo 122, uma terceira linha de fluxo 123, um compressor 211, uma primeira linha de meio 221, uma turbina de meio 222, um resfriador de meio operacional 213, um recuperador 215, uma unidade de geração de energia 214, uma linha transversal 233, um primeiro trocador de calor 251, um segundo trocador de calor 252 e um terceiro trocador de calor 253.

[0036] O motor 110 é acionado por combustão de combustível. Na medida em que o combustível é queimado no motor 110, gás de descarga é produzido. Na medida em que a carga do motor 110 é alterada, a vazão e a temperatura do gás de descarga são alteradas. O gás descarregado do motor 110 é divido entre gás de descarga, que é produzido na medida em que o combustível é queimado, e ar de recirculação, que escoa de volta para o motor 110 após ar ser fornecido para remover gás do interior do motor 110.

[0037] A primeira linha de fluxo 121 é conectada ao motor 110. O gás de descarga do motor 110 é descarregado pela primeira linha de fluxo 121. A primeira linha de fluxo 121 inclui uma primeira linha de ramificação e uma segunda linha de ramificação. A primeira linha de fluxo 121 conecta o motor 110 com o turbocompressor 130 para fornecer o gás de descarga, descarregado do motor 110, ao turbocompressor 130.

[0038] O turbocompressor 130 é conectado à primeira linha de fluxo 121 e é acionado pelo gás de descarga, descarregado da primeira linha de fluxo 121, para comprimir o ar de recirculação. O ar de recirculação é introduzido no trocador de calor por um caminho de fluxo separado.

[0039] A segunda linha de fluxo 122 conecta o turbocompressor 130 com o motor 110 para fornecer o ar de recirculação, comprimido no turbocompressor 130, ao motor 110.

[0040] A terceira linha de fluxo 123 é conectada à primeira linha de fluxo 121 para descarregar o gás de descarga da primeira linha de fluxo 121 para fora.

[0041] O ar de recirculação e o gás de descarga, que são de temperatura e pressão mais altas do que o fluido operacional da primeira linha de meio 221 e da segunda linha de meio 222, que vão ser descritos abaixo, escoam na primeira linha de fluxo 121, na segunda linha de fluxo 122 e na terceira linha de fluxo 123.

[0042] O compressor 211 comprime o meio operacional a uma alta pressão. Como o meio operacional, dióxido de carbono pode ser aplicado. Na medida em que o meio operacional é comprimido no compressor 211, a temperatura do meio operacional é aumentada.

[0043] A primeira linha de meio 221 é conectada ao compressor 211. O meio operacional, descarregado do compressor 211, escoa na primeira linha de meio 221. A primeira linha de meio 221 é uma tubulação, que conecta o compressor 211 com a turbina de meio 212, para fornecer o modelo 3D fino à turbina de meio 212.

[0044] Uma primeira válvula de borboleta 245 é instalada entre o compressor 211 e o recuperador 215 na primeira linha de meio 221, e uma segunda válvula de borboleta 246 é instalada entre o segundo trocador de calor 252 e a turbina de meio 212. A primeira válvula de borboleta 245 controla um volume de meio operacional, que escoa para o recuperador 215, enquanto que a segunda válvula de borboleta 246 controla um volume de meio operacional que escoa para a turbina de meio 212.

[0045] A turbina de meio 212 é conectada à primeira linha de meio 221, e é acionada pelo meio operacional alimentado da primeira linha de meio 221.

[0046] A segunda linha de meio 222 conecta a turbina de meio 212 com o compressor 211. O meio operacional, descarregado da turbina de meio 212, escoa na segunda linha de meio 222. A segunda linha de meio 222 é uma tubulação que conecta a turbina de meio 212 com o compressor 211, para fornecer o meio operacional ao compressor 211.

[0047] Desde que o meio operacional comprimido, descarregado do compressor 211, escoe na primeira linha de meio 221, e o meio operacional, descarregado da turbina, escoe na segunda linha de meio 222, o meio operacional da primeira linha de meio 221 escoa a uma temperatura e a uma pressão relativamente mais altas do que o meio operacional da segunda linha de meio 222. Portanto, a primeira linha de meio 221 é uma tubulação de alta pressão, enquanto que a segunda linha de meio 222 é uma tubulação de baixa pressão, comparada com a primeira linha de meio 221.

[0048] O resfriador de meio operacional 213 resfria o meio operacional escoando ao longo da segunda linha de meio 222, desse modo, controlando o meio operacional fornecido ao compressor 211. O meio de resfriamento escoa no resfriador de meio operacional 213 para trocar calor com a segunda linha de meio 222.

[0049] O recuperador 215 é conectado à primeira linha de meio 221 e à segunda linha de meio 222, e executa um processo de troca térmica entre a primeira linha de meio 221 e a segunda linha de meio 222. Desde que o meio operacional da primeira linha de meio 221 seja de temperatura e pressão relativamente mais altas do que o meio operacional da segunda linha de meio 222, a temperatura do meio operacional, escoando ao longo da segunda linha de meio 222, pode ser aumentada.

[0050] A unidade de geração de energia 214 é instalada na turbina de meio 212 para gerar energia pela energia que é gerada na turbina de meio 212.

[0051] Uma linha de derivação do recuperador 230 é conectada a um lado de entrada e a um lado de saída do recuperador 215 na primeira linha de meio 221. A linha de derivação do recuperador 230 faz com que o meio operacional, descarregado do compressor 211, escoe para o lado de saída do recuperador 215 sem passar pelo recuperador 215.

[0052] A linha transversal 233 é conectada em paralelo com a linha de derivação do recuperador 230 para conectar o lado de entrada e o lado de saída da linha de derivação do recuperador 230. A linha transversal 233 faz com que parte do meio operacional, introduzido na linha de derivação do recuperador 230, escoe para um lado de descarga da linha de derivação do recuperador 230.

[0053] O primeiro trocador de calor 251 é conectado à linha de derivação do recuperador 230 e à segunda linha de fluxo 122, para executar o processo de troca térmica entre o meio operacional da linha de derivação do recuperador 230 e o ar de recirculação da segunda linha de fluxo 122. O primeiro trocador de calor 251 faz com que a energia térmica do ar de recirculação da segunda linha de fluxo 122 seja recuperada para o meio operacional da linha de derivação do recuperador 230.

[0054] O segundo trocador de calor 252 é conectado à primeira linha de meio 221 e à terceira linha de meio 123, para executar o processo de troca térmica entre o gás de descarga da terceira linha de fluxo 123 e o meio operacional da primeira linha de meio 221. O segundo trocador de calor 252 faz com que a energia térmica do gás de descarga da terceira linha de fluxo 123 seja recuperada para o meio operacional da primeira linha de meio 221.

[0055] O terceiro trocador de calor 253 é conectado à terceira linha de fluxo 123 e à primeira linha de meio 221 para executar o processo de troca térmica entre o gás de descarga da terceira linha de fluxo 123 e o meio operacional da primeira linha de meio 221. O terceiro trocador de calor 253 faz com que a energia térmica do gás de descarga da terceira linha de fluxo 123 seja recuperada para o meio operacional da primeira linha de meio 221.

[0056] Desde que parte da energia térmica do gás de descarga, descarregado do motor 110, seja recuperada pelo primeiro trocador de calor 251, pelo segundo trocador de calor 252 e pelo trocador de calor 253, a taxa de recuperação do calor residual do ar de recirculação e do gás de descarga pode ser aumentada. Além do mais, a energia térmica, recuperada do ar de recirculação e do gás de descarga, eleva a temperatura do fluido operacional da primeira linha de meio 221, e o fluido operacional, com a temperatura elevada, é fornecido à turbina de meio 212. Portanto, desde que o meio operacional de temperatura relativamente alta seja fornecido à turbina de meio 212, a eficiência da turbina de meio 212 pode ser aumentada.

[0057] O primeiro trocador de calor 251 é disposto na linha de derivação do recuperador 230 em paralelo com o recuperador 215, o segundo trocador de calor 252 é disposto na linha transversal 233 em paralelo com o primeiro trocador de calor 251, e o terceiro trocador de calor 253 é disposto entre o recuperador 215 e a turbina de meio 212 em série com o recuperador 215. O calor residual do gás de descarga, descarregado do motor 110, pode ser recuperado para o meio operacional da primeira linha de meio 221 pelo primeiro trocador de calor 251, pelo segundo trocador de calor 252 e pelo terceiro trocador de calor 253. Além do mais, desde que a temperatura seja aumentada enquanto o meio operacional da primeira linha de meio 221 passa pelo primeiro trocador de calor 251, pelo segundo trocador de calor 252 e pelo terceiro trocador de calor 253, o meio operacional de temperatura relativamente alta pode ser fornecido à turbina de meio 212. Portanto, a eficiência da turbina de meio 212 pode ser aperfeiçoada.

[0058] O dispositivo de geração de energia combinada inclui ainda uma primeira válvula reguladora 141, que é instalada na terceira linha de fluxo 123 para regular um grau de abertura da terceira linha de fluxo 123. A primeira válvula reguladora 141 pode regular uma taxa de recuperação de calor do gás de descarga na linha transversal 233 por regulagem do grau de abertura da terceira linha de fluxo 123.

[0059] O dispositivo de geração de energia combinada inclui uma quarta linha de fluxo 124 e uma segunda válvula reguladora 142. A quarta linha de fluxo 124 é ramificada da terceira linha de fluxo 123 para descarregar o gás de descarga da terceira linha de fluxo 123 para fora. A segunda válvula reguladora 142 é instalada na quarta linha de fluxo 124 para regular o grau de abertura da quarta linha de fluxo 124.

[0060] Quando a carga do motor 110 é aumentada, a vazão e a temperatura do gás de descarga e do ar de recirculação, descarregados do motor 110, são aumentadas. Portanto, quando a carga do motor 110 é aumentada, a taxa de recuperação da energia térmica é aumentada, de modo que o calor residual pode ser recuperado do segundo trocador de calor 252. Além do mais, quando a carga do motor 110 é reduzida, a taxa de recuperação da energia térmica é reduzida, se modo que o calor residual não possa ser recuperado do segundo trocador de calor 252.

[0061] Quando é desnecessário recuperar o calor residual do segundo trocador de calor 252, a primeira válvula reguladora 141 pode ser fechada e a segunda válvula reguladora 142 pode ser aberta. Nesse caso, o meio operacional da terceira linha de fluxo 123 não é fornecido ao segundo trocador de calor 252, mas é descarregado pela quarta linha de fluxo 124 para fora.

[0062] O dispositivo de geração de energia combinada inclui ainda uma primeira válvula de distribuição de fluxo 241 e uma segunda válvula de distribuição de fluxo 242.

[0063] A primeira válvula de distribuição de fluxo 241 é disposta em uma parte na qual a primeira linha de meio 221 e o lado de entrada da linha de derivação do recuperador 230 são conectados um ao outro, desse modo, controlando a vazão do meio operacional que escoa para o recuperador 215 e para a linha de derivação do recuperador 230. Por regulagem da relação de distribuição da primeira válvula de distribuição de fluxo 241, uma relação do meio operacional para o recuperador 215 para o meio operacional escoando para a linha de derivação do recuperador 230 pode ser regulada. Portanto, a taxa de recuperação do calor residual do primeiro trocador de calor 251 e do segundo trocador de calor 252 pode ser controlada.

[0064] A segunda válvula de distribuição de fluxo 242 é disposta em uma parte na qual a linha de derivação do recuperador 230 e o lado de entrada da linha transversal são conectados um ao outro, desse modo, controlando a vazão do meio operacional que escoa para o primeiro trocador de calor 251 e para o segundo trocador de calor 252. Por regulagem da relação de distribuição da segunda válvula de distribuição de fluxo 242, uma relação do meio operacional para o primeiro trocador de calor 252 para o meio operacional escoando para o segundo trocador de calor 252 pode ser controlada.

[0065] O dispositivo de geração de energia combinada inclui uma linha de inventário 261, um tanque de inventário 262 e uma válvula de inventário 263.

[0066] A linha de inventário 261 conecta a primeira linha de meio 221 com a segunda linha de meio 222. Um lado da linha de inventário 261 é conectado entre o lado de saída do compressor 211 e o lado de entrada do recuperador 215 na primeira linha de meio 221, enquanto que o outro lado da linha de inventário 261 é conectado entre o lado de saída do recuperador 215 e o lado de entrada do compressor 211 na segunda linha de meio 222. Desde que o outro lado da linha de inventário 261 seja conectado entre o lado de saída do recuperador 215 e o lado de entrada do compressor 211 na segunda linha de meio 222, o meio operacional reabastecido na segunda linha de meio 222 pode ser comprimido no compressor 211 e depois fornecido à turbina de meio 212.

[0067] O meio operacional, que vai ser reabastecido na segunda linha de meio 222, é armazenado previamente no tanque de inventário 262. O tanque de inventário 262 é disposto em qualquer lado do tanque de inventário 262. Se a válvula de inventário 263, no lado de alta pressão, for aberta, o meio operacional da primeira linha de meio 221 escoa para o tanque de inventário 262. Além do mais, se a válvula de inventário 263, no lado de baixa pressão, for aberta, o meio operacional do tanque de inventário 262 escoa para a segunda linha de meio 222. Portanto a pressão e a vazão de um sistema de meio operacional, incluindo a primeira linha de meio 221 e a segunda linha de meio 222, podem ser reguladas por controle da válvula de inventário 263. A válvula de inventário 263 regula a pressão do sistema de meio operacional para otimizar a eficiência de troca térmica da unidade de troca térmica de acordo com uma variação na carga do motor 110.

[0068] O dispositivo de geração de energia combinada inclui uma linha de recirculação 271 e uma válvula de recirculação 272.

[0069] A linha de recirculação 271 é disposta entre o compressor 211 e o recuperador 215, e conecta a primeira linha de meio 221 com a segunda linha de meio 222 para fazer com que o meio operacional da primeira linha de meio 221 escoe para a segunda linha de meio 222. Um lado da linha de recirculação 271 é conectado à primeira linha de meio 271, enquanto que o outro lado da linha de recirculação 271 é conectado à segunda linha de meio 222. A válvula de recirculação 272 é instalada na linha de recirculação 271.

[0070] Durante a operação inicial do compressor 211, a primeira válvula de borboleta 245 é aberta e a válvula de recirculação 272 é aberta. Se a válvula de recirculação 272 for aberta, o meio operacional, descarregado do compressor 211, escoa pela linha de recirculação 271 para a segunda linha de meio 222 pelo gradiente de pressão da primeira linha de meio 221 e da segunda linha de meio 222. Nesse caso, por regulagem do grau de abertura da válvula de recirculação 272, o volume de meio operacional, introduzido na linha de recirculação 271, pode ser regulado. Portanto, até que o meio operacional, comprimido no compressor 211, atinja uma pressão preestabelecida, durante a operação inicial do compressor 211, o meio operacional pode ser impedido de escoar para a turbina de meio 212. Se a pressão do meio operacional, descarregado do compressor 211, atingir a pressão preestabelecida, a primeira válvula de borboleta 245 é aberta e a válvula de recirculação 272 é fechada.

[0071] O dispositivo de geração de energia combinada inclui uma linha de derivação da turbina 275 e uma válvula de derivação da turbina 276.

[0072] A linha de derivação da turbina 275 é disposta entre o recuperador 215 e a turbina, e conecta a primeira linha de meio 221 com a segunda linha de meio 222 para fazer com que o meio operacional da primeira linha de meio 221 escoe para a segunda linha de meio 222. Um lado da linha de derivação da turbina 275 é conectado à primeira linha de meio 221, enquanto que o outro lado da linha de derivação da turbina 275 é conectado à segunda linha de meio 222.

[0073] A válvula de derivação da turbina 276 é instalada na linha de derivação da turbina 275. Durante a operação inicial da turbina de meio 212, a segunda válvula de borboleta 246 é fechada e a válvula de derivação da turbina 276 é aberta. Nesse caso, o meio operacional da primeira linha de meio 221 é derivado pela linha de derivação da turbina 275 para a segunda linha de meio 222. Se a velocidade de acionamento da turbina de meio 212 for aumentada, o grau de abertura da segunda válvula de borboleta 246 é aumentado gradualmente e o grau de abertura da válvula de derivação da turbina 276 é reduzido gradualmente.

[0074] Portanto, desde o volume de fornecimento do meio operacional seja aumentado gradualmente na medida em que a velocidade de acionamento da turbina de meio 212 é aumentada, a turbina de meio 212 pode ser impedida de ser danificada pelo meio operacional durante a operação inicial da turbina de meio 212.

[0075] Além do mais, na medida em que a carga do motor 110 é variada, a vazão do gás de descarga pode ser variada. Na medida em que a vazão do gás de descarga é variada, a taxa de recuperação do calor residual, recuperado para o meio operacional da primeira linha de meio 221, é também variada. Portanto, na medida em que a carga do motor 110 é variada, a pressão e a vazão do meio operacional podem ser reguladas na segunda linha de meio 222 e na primeira linha de meio 221 por regulagem da válvula de inventário 263.

[0076] Além do mais, quando as condições operacionais da turbina de meio 212, tal como uma variação na carga do motor 110 ou em situações de emergência, são alteradas, a válvula de recirculação 272 ou a válvula de derivação da turbina pode ser regulada para derivar o meio operacional da primeira linha de meio 221 para a segunda linha de meio 222. Além do mais, os dispositivos do sistema de geração de energia podem ser protegidos por fechamento da primeira válvula de borboleta 245 e da segunda válvula de borboleta 246 ou por regulagem do grau de abertura.

[0077] O dispositivo de geração de energia combinada inclui uma bomba de vácuo 281, uma bomba intensificadora 282 e um tanque de armazenamento 284.

[0078] A bomba de vácuo 281 é conectada à segunda linha de meio 222 para manter o estado de vácuo da segunda linha de meio 222. A bomba de vácuo 281 é conectada à segunda linha de meio 222 pela linha de vácuo 281a com uma válvula 290. A bomba intensificadora 282 é conectada à segunda linha de meio 222 para injetar o meio operacional na segunda linha de meio 222. O tanque de armazenamento 284 é conectado à bomba intensificadora 282 para fornecer o meio operacional à bomba intensificadora 282. A bomba intensificadora 282, o tanque de armazenamento 284 e a segunda linha de meio 222 são conectados por uma linha de reabastecimento 283 com uma válvula 285.

[0079] Na medida em que a bomba de vácuo 281 é acionada, o meio operacional do tanque de armazenamento 284 é reabastecido na segunda linha de meio 222. Portanto, dependendo de uma variação na carga do motor 110 ou de uma variação na carga da turbina de meio 212, a pressão do meio operacional na segunda linha de meio 222 pode ser regulada. Na medida em que a bomba intensificadora 282 é acionada, ar e incrustação são descarregados da segunda linha de meio 222, e o estado de vácuo é mantido na segunda linha de meio 222.

[0080] A seguir, um dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com uma segunda concretização da presente invenção, vai ser descrito. Uma vez que a segunda concretização é substancialmente igual à primeira concretização, exceto para um resfriador de ar de recirculação, uma terceira linha de fluxo e uma quarta linha de fluxo, apenas as características da segunda concretização vão ser descritas abaixo.

[0081] A Figura 2 é um diagrama de circuito ilustrando o dispositivo de geração de energia combinada de acordo com a segunda concretização da presente invenção.

[0082] Com referência à Figura 2, o resfriador de ar de recirculação 150 é instalado na segunda linha de fluxo 122 para resfriar o gás de descarga da segunda linha de fluxo 122. Na medida em que a vazão do meio de resfriamento, fornecido ao resfriador de ar de recirculação 150, é regulada, a velocidade de resfriamento do resfriador de ar de recirculação 150 pode ser regulada. Desde que o gás de descarga da segunda linha de fluxo 122 seja resfriado pelo primeiro trocador de calor 251 e pelo resfriador de ar de recirculação 150, o gás de descarga, resfriado a uma temperatura requerida para o motor 110, pode ser fornecido. Portanto, o rendimento do motor 110 pode ser aumentado.

[0083] Além do mais, diferentemente da primeira concretização, uma quarta linha de descarga pode não se ramificar da terceira linha de fluxo 123. Ainda mais, a primeira válvula reguladora 141 pode não ser instalada na terceira linha de fluxo 123.

[0084] A seguir, um dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com uma terceira concretização da presente invenção, vai ser descrito. Uma vez que a terceira concretização é substancialmente igual à primeira concretização, exceto para um soprador de limpeza e uma linha de limpeza, apenas as características da terceira concretização vão ser descritas abaixo.

[0085] A Figura 3 é um diagrama de circuito ilustrando o dispositivo de geração de energia combinada de acordo com a terceira concretização da presente invenção.

[0086] Com referência à Figura 3, o dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a terceira concretização da presente invenção, inclui ainda um soprador de limpeza 291 e uma linha de limpeza 292.

[0087] O soprador de limpeza 291 é instalado para aspergir o meio operacional no segundo trocador de calor 252 e no terceiro trocador de calor 253 para eliminar a incrustação. A linha de limpeza 292 é conectada ao soprador de limpeza 291 para fornecer o meio operacional ao soprador de limpeza 291. Portanto, é possível impedir um incêndio de explosão devido à incrustação do gás de descarga presa no segundo trocador de calor 252 e no terceiro trocador de calor 253. O soprador de limpeza pode ser instalado no primeiro trocador de calor 251.

[0088] A linha de limpeza 292 é conectada ao soprador de limpeza 291 e ao tanque de armazenamento 284. Portanto, o meio operacional, armazenado no tanque de armazenamento 284, pode ser fornecido pela linha de limpeza 292 ao soprador de limpeza 291.

[0089] A seguir, um dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com uma quarta concretização da presente invenção, vai ser descrito. Uma vez que a quarta concretização é substancialmente igual à terceira concretização, exceto para uma estrutura de conexão de uma linha de limpeza, apenas as características da quarta concretização vão ser descritas abaixo.

[0090] A Figura 4 é um diagrama de circuito ilustrando o dispositivo de geração de energia combinada de acordo com a quarta concretização da presente invenção.

[0091] Com referência à Figura 4, a linha de limpeza 292 do dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a quarta concretização da presente invenção, é conectada ao soprador de limpeza 291 e ao tanque de inventário 262. Desde que o meio operacional do tanque de inventário 262 seja fornecido ao soprador de limpeza 291, é possível remover a incrustação presa no segundo trocador de calor 252 e no terceiro trocador de calor 253 usando o meio operacional do tanque de inventário 262.

[0092] Além do mais, a linha de limpeza 292 pode ser conectada a uma linha de reabastecimento de meio 283, que conecta a bomba intensificadora 282 à segunda linha de meio 222. Nesse caso, o meio operacional da linha de reabastecimento de meio 283 é fornecido ao soprador de limpeza 291.

[0093] A seguir, um dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com uma quinta concretização da presente invenção, vai ser descrito. Uma vez que a quinta concretização é substancialmente igual à primeira concretização, exceto para um extintor de incêndio e uma linha de extinção de incêndio, apenas as características da quinta concretização vão ser descritas abaixo.

[0094] A Figura 5 é um diagrama de circuito ilustrando o dispositivo de geração de energia combinada de acordo com a quinta concretização da presente invenção.

[0095] Com referência à Figura 5, o dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a quinta concretização da presente invenção, inclui um extintor de incêndio 295 e uma linha de extinção de incêndio 296.

[0096] O extintor de incêndio 295 é instalado em ambos o segundo trocador de calor 252 e o terceiro trocador de calor 253 para aspergir o meio operacional no segundo trocador de calor 252 e no terceiro trocador de calor 253. O extintor de incêndio 295 extingue chamas no caso de fogo em ambos o segundo trocador de calor 252 e o terceiro trocador de calor 253. O extintor de incêndio 295 pode ser instalado no primeiro trocador de calor 251.

[0097] A linha de extinção de incêndio 296 é conectada ao extintor de incêndio 295 para fornecer o meio operacional ao extintor de incêndio 295. Nesse caso, a linha de extinção de incêndio 296 é conectada ao tanque de inventário 262 ou ao tanque de armazenamento 284.

[0098] A seguir, um dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com uma sexta concretização da presente invenção, vai ser descrito. Uma vez que a sexta concretização é substancialmente igual à primeira concretização, exceto para uma linha de conexão 286, apenas as características da sexta concretização vão ser descritas abaixo.

[0099] A Figura 6 é um diagrama de circuito ilustrando o dispositivo de geração de energia combinada de acordo com a sexta concretização da presente invenção.

[00100] Com referência à Figura 6, o dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a sexta concretização da presente invenção, inclui uma linha de conexão 286. A linha de conexão 286 conecta uma linha de reabastecimento 283 de uma bomba intensificadora 282 com um tanque de inventário 262. Uma válvula de ligar e desligar 287 é instalada na linha de conexão 286 para abrir ou fechar a linha de conexão 286.

[00101] Se a válvula de ligar e desligar 287 for aberta e a bomba intensificadora 282 for acionada, o meio operacional do tanque de armazenamento 284 é fornecido pela linha de suprimento 283 e pela linha de conexão 286 ao tanque de inventário 262. Portanto, quando o tanque de inventário 262 requer o meio operacional, o meio operacional pode ser reabastecido no tanque de inventário 262.

[00102] Como tal, nas concretizações de acordo com a presente invenção, a energia térmica do gás de descarga e do ar de recirculação do motor 110 é recuperada para elevar a temperatura do meio operacional da primeira linha de meio 221, e o meio operacional (dióxido de carbono supercrítico) com a temperatura elevada aciona a turbina de meio 212, de modo que a eficiência de geração de energia da turbina de meio 212 possa ser aperfeiçoada, e o tamanho do dispositivo de geração de energia possa ser reduzido.

[00103] Ainda que a presente invenção tenha sido particularmente descrita com referência às concretizações exemplificativas mostradas nos desenhos, aqueles versados na técnica vão entender que as concretizações exemplificativas foram descritas para fins ilustrativos, e várias mudanças e modificações podem ser feitas sem que se afaste do espírito e do âmbito da presente invenção definidos pelas concretizações em anexo.

[00104] Portanto, o verdadeiro âmbito da presente invenção vai ser definido apenas pelas concretizações apresentadas a seguir.

Claims (17)

1. Dispositivo de geração de energia combinada, caracterizado pelo fato de que compreende: um motor (110) acionado por combustão de combustível; uma primeira linha de fluxo (121) conectada ao motor (110); um turbocompressor (130) conectado à primeira linha de fluxo (121), comprimindo ar de recirculação para o motor (110), e descarregado ar de descarga a partir do motor (110); uma segunda linha de fluxo (122) conectando o turbocompressor (130) com o motor (110) de modo que o ar de recirculação comprimido no turbocompressor (130) seja fornecido ao motor (110); uma terceira linha de fluxo (123) oriunda da primeira linha de fluxo (121) de modo que o gás de descarga da primeira linha de fluxo (121) seja descarregado para o exterior; um compressor (211) comprimindo um meio operacional; uma primeira linha de meio (221) conectada ao compressor (211); uma turbina de meio (212) conectada à primeira linha de meio (221), e acionada pelo meio operacional alimentado da primeira linha de meio (221); uma segunda linha de meio (222) conectando a turbina de meio (212) com o compressor (211); um resfriador de meio operacional (213) conectado à segunda linha de meio (222), e resfriando o meio operacional descarregado da turbina de meio (212); um recuperador (215) conectado à primeira linha de meio (221) e à segunda linha de meio (222), e executando um processo de troca térmica entre a primeira linha de meio (221) e a segunda linha de meio (222); uma unidade de geração de energia (214) instalada na turbina de meio (212) para gerar energia pela energia que é produzida da turbina de meio (212); uma linha de derivação de recuperador conectada a um lado de entrada e a um lado de saída do recuperador (215) na primeira linha de meio (221); uma linha transversal (233) conectada em paralelo com a linha de derivação de recuperador para conectar um lado de entrada com um lado de saída da linha de derivação de recuperador; um primeiro trocador de calor (251) conectado em paralelo com a linha de derivação de recuperador e com a segunda linha de fluxo (122) para executar um processo de troca térmica entre o meio operacional da linha de derivação de recuperador e o ar de recirculação da segunda linha de fluxo (122); um segundo trocador de calor (252) conectado à linha transversal (233) e à terceira linha de fluxo (123) para executar um processo de troca térmica entre o meio operacional da linha transversal (233) e o gás de descarga da terceira linha de fluxo (123); e um terceiro trocador de calor (253) conectado à terceira linha de fluxo (123) e à primeira linha de meio (221) para executar um processo de troca térmica entre o gás de descarga da terceira linha de fluxo (123) e o meio operacional da primeira linha de meio (221).

2. Dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o primeiro trocador de calor (251) é disposto na linha de derivação de recuperador em paralelo com o recuperador (215); o segundo trocador de calor (252) é disposto na linha transversal (233) em paralelo com o primeiro trocador de calor (251); e o terceiro trocador de calor (253) é disposto entre o recuperador (215) e a turbina de meio (212) em série com o recuperador (215).

3. Dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma primeira válvula reguladora instalada na terceira linha de fluxo (123) para regular um grau de abertura da terceira linha de fluxo (123).

4. Dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma quarta linha de fluxo oriunda da terceira linha de fluxo (123) para descarregar o gás de descarga da terceira linha de fluxo (123) para o exterior; e uma segunda válvula reguladora instalada na quarta linha de fluxo para regular um grau de abertura da quarta linha de fluxo.

5. Dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um resfriador de ar de recirculação instalado na segunda linha de fluxo (122) para resfriar o ar de recirculação da segunda linha de fluxo (122).

6. Dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma primeira válvula de distribuição de fluxo disposta em uma parte na qual a primeira linha de meio (221) e o lado de entrada da linha de derivação de recuperador são conectados, e controlar uma vazão do meio operacional que escoa para o recuperador (215) e a linha de derivação de recuperador; e uma segunda válvula de distribuição de fluxo disposta em uma parte na qual a linha de derivação de recuperador e um lado de entrada da linha transversal (233) são conectados, e controlar a vazão do meio operacional que escoa para o primeiro trocador de calor (251) e para o segundo trocador de calor (252).

7. Dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma linha de inventário conectando a primeira linha de meio (221) com a segunda linha de meio (222); um tanque de inventário reabastecendo o meio operacional na segunda linha de meio (222) pela linha de inventário; e uma válvula de inventário instalada em qualquer lado da linha de inventário.

8. Dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que um lado da linha de inventário é conectado entre um lado de saída do compressor (211) e o lado de entrada do recuperador (215) na primeira linha de meio (221), e o outro lado da linha de inventário é conectado entre o lado de saída do recuperador (215) e um lado de entrada do compressor (211) na segunda linha de meio (222).

9. Dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende: uma bomba de vácuo conectada à segunda linha de meio (222) para criar um estado de vácuo na segunda linha de meio (222); uma bomba intensificadora conectada à segunda linha de meio (222) para injetar o meio operacional na segunda linha de meio (222); e um tanque de armazenamento conectado à bomba intensificadora para fornecer o meio operacional à bomba intensificadora.

10. Dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma linha de reabastecimento conectando a bomba intensificadora com o tanque de inventário para reabastecer o meio operacional no tanque de inventário.

11. Dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um soprador de limpeza instalado para aspergir o meio operacional no segundo trocador de calor (252) e no terceiro trocador de calor (253) para eliminar incrustação; e uma linha de limpeza conectada ao soprador de limpeza para fornecer o meio operacional ao soprador de limpeza.

12. Dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a linha de limpeza é conectada ao soprador de limpeza e ao tanque de armazenamento.

13. Dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a linha de limpeza é conectada ao soprador de limpeza e ao tanque de inventário.

14. Dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um extintor de incêndio instalado entre o segundo trocador de calor (252) e o terceiro trocador de calor (253); e uma linha de extinção de incêndio conectada ao extintor de incêndio para fornecer o meio operacional ao extintor de incêndio.

15. Dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a linha de extinção de incêndio é conectada ao tanque de inventário ou ao tanque de armazenamento.

16. Dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma linha de recirculação disposta entre o compressor (211) e o recuperador (215), e conectando a primeira linha de meio (221) com a segunda linha de meio (222) para fazer com que o meio operacional da primeira linha de meio (221) escoe para a segunda linha de meio (222); e uma válvula de recirculação instalada na linha de recirculação.

17. Dispositivo de geração de energia combinada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma linha de derivação da turbina disposta entre o recuperador (215) e a turbina de meio (212), e conectando a primeira linha de meio (221) com a segunda linha de meio (222) para fazer com que o meio operacional da primeira linha de meio (221) escoe para a segunda linha de meio (222); e uma válvula de derivação da turbina instalada na linha de derivação da turbina.