ES1061815U - Dispositivo generador de energia electrica mediante la expansion de un gas refrigerante en un mecanismo de embolo que impulsa liquido a una turbina hidraulica, con capacidad de acumulacion termica y de frio ambiental. - Google Patents

Abstract

1. Dispositivo generador de energía eléctrica mediante la expansión de un gas refrigerante en un mecanismo de émbolo que impulsa un líquido a una turbina hidráulica, con capacidad de acumulación térmica y de frío ambiental, caracterizado por disponer de un circuito presurizado en los que se disponen una bomba de fluido, un intercambiador de calor entre gases, un intercambiador de calor de agua a gas, electroválvulas, cilindro de expansión con émbolo de cabeza convexa contenido en un tubo contenedor, una cuba, un condensador de gas enfriado con agua y otro enfriado por aire.

Description

Dispositivo generador de energía eléctrica mediante la expansión de un gas refrigerante en un mecanismo de émbolo que impulsa líquido a una turbina hidráulica, con capacidad de acumulación térmica y de frío ambiental.

Objeto del modelo de utilidad

El siguiente Modelo de Utilidad, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un dispositivo generador de energía eléctrica dirigida preferentemente al uso de procesos de baja temperatura como fuente de energía, como por ejemplo la energía solar térmica obtenida por paneles planos, o también agua caliente residual de diversos procesos industriales, si bien también funcionaria con procesos de media y alta temperatura sin necesitar cambios significativos.

El dispositivo está diseñado para aprovechar de forma efectiva y a gran escala la energía solar térmica, generando electricidad de forma económica y pudiendo acumular energía térmica durante el día para su liberación durante horas nocturnas, así como el frío ambiental para sus necesidades de refrigeración. También se propone la idea de usar paneles solares térmicos como elementos refrigeradores en noches frías, dado que su gran superficie puede radiar mucho calor, así como radiadores comunes de agua.

El funcionamiento del dispositivo se basa en calentar un fluido refrigerante para expandirlo en un cilindro con un émbolo. Este émbolo no está ligado a una biela, si no que está en contacto con un líquido que es impulsado hacia una turbina hidráulica ligada a un alternador. Este esquema elimina los rozamientos de bielas y cigüeñal aumentando al rendimiento y añade la posibilidad de aumento de potencia de la máquina por medio de módulos.

Este dispositivo puede adaptarse a diferentes condiciones de demanda energética pudiendo acumular agua caliente en depósitos para su uso posterior, así como agua enfriada con temperaturas ambientales bajas. Por último implementa la opción de recibir energía eléctrica y acumularla en forma de calor.

Antecedentes de la invención

Un antecedente concreto de una planta similar es el modelo de utilidad U200501164, presentado por el mismo autor del presente, y que también propone soluciones similares en cuanto al aprovechamiento de la energía solar térmica. Otro antecedente es el modelo de utilidad U200501275, del mismo autor, relativo a los sistemas de acumulación térmica.

Finalmente un tercer antecedente es el modelo de utilidad del mismo autor titulado: planta generadora de energía eléctrica mediante la expansión de un gas refrigerante en un turboalternador, con capacidad de acumulación térmica.

Descripción de la invención

El dispositivo descrito está formado por 4 partes principales.

La primera parte se refiere al circuito de fluido refrigerante. Se inicia en una bomba de fluido, preferiblemente de tuerca, que impulsa el fluido a través de un intercambiador de gas y otro de agua, donde eleva su temperatura. Después el fluido se deposita en un depósito con salida por su parte inferior. A continuación, a través de una electroválvula el fluido entra en un cilindro dispuesto de forma vertical con un émbolo con su parte superior convexa donde se expande. Una vez expandido el gas resultante sale del cilindro a través de otra electroválvula y es conducido a través del intercambiador de calor de gas, y después a dos condensadores, uno de agua fría y otro de aire ventilado. Un control electrónico regulará la apertura y cierre de las electroválvulas de fluido en función de la información relativa a la posición de émbolo dada por dos sensores, situados cada uno en un extremo del cilindro. El fluido condensado se deposita en un depósito y regresa a la bomba fluido. La bomba de fluido puede disponer de un sistema para evitar la sobrepresión del circuito compuesto de una electroválvula en su salida que se cerrará en caso de sobrepresión, y de una derivación del fluido, a través de una segunda electroválvula que se cerrará para el caso, y que conduce el fluido a la entrada de la bomba, pudiendo así esta girar sin interrupciones.

La segunda parte se refiere al líquido que es impulsado por el émbolo. Preferiblemente ha de ser un aceite de baja viscosidad. Una vez impulsado el líquido pasa a través de una válvula de salida del cilindro hacia un inyector con aguja reguladora que lo proyecta sobre una turbina hidráulica, preferiblemente tipo "pelton" en disposición horizontal situada en el interior de una cuba, y que gira unida a un eje que sale de la cuba y está ligado a un alternador y a la bomba de fluido refrigerante. Pueden disponerse varios conjuntos de inyección para una misma turbina. El líquido una vez ha pasado por la turbina cae al interior de la cuba donde es ligeramente calentado por tubos metálicos que conducen agua (u otro fluido) caliente. Seguidamente el líquido vuelva a entrar en el cilindro con émbolo para reiniciar el ciclo. La cuba puede disponer de un dispositivo de sobrepresión que permitirá la entrada del líquido en el cilindro. Para ello un cilindro con un émbolo unirá el interior de la cuba por debajo del nivel de liquido, con los condensadores de gas a través de un tubo. Un muelle dispuesto en el interior de este cilindro forzará el embolo siempre hacia la cuba. Otra opción es utilizar una bomba para este fin.

La tercera parte se refiere al agua (u otro fluido) caliente que alimenta el sistema. Entra por una válvula gradual que deriva el exceso de agua a un depósito para su posterior uso. Este depósito dispone de resistencias eléctricas para la eventual importación de energía eléctrica. La apertura de la válvula gradual vendrá dada por las lecturas de un cuentarrevoluciones unido a la turbina, a fin de mantener un constante régimen de giro. El agua que es admitida pasa a través de tubos metálicos en el interior de la cuba cediendo parte de calor al líquido es ésta contiene. Después baña el exterior de los cilindros al circular por un tubo que contiene a estos cediéndoles calor. Finalmente pasa por un intercambiador de calor de agua cediendo al fluido su calor restante. A continuación regresa al ciclo de calentamiento. La cuarta parte se refiere al ciclo de agua fría usada para condensar el gas una vez se ha expandido en el cilindro con émbolo y haya cedido parte de su calor residual en el intercambiador de calor al fluido frío. Un depósito con agua fría vierte agua en un condensador enfriado con agua y ésta regresa al depósito. Cuando el agua no está lo suficientemente fría funcionará el condensador ventilado con aire. Para enfriar el agua del depósito ésta se hace circular por radiadores exteriores, principalmente en horario nocturno o de baja temperatura ambiental. También pueden usarse otros elementos como paneles solares en horas sin luz.

Breve descripción de los dibujos

Para mejor compresión de cuanto queda descrito en la presente memoria, se presentan unos dibujos en los que a título de ejemplo se presenta un caso práctico.

La figura 1 representa el circuito de fluido refrigerante y los elementos que lo componen.

La figura 2 representa el circuito de líquido y los elementos a los que está unido.

La figura 3 representa el circuito de agua caliente así como los elementos que lo componen.

La figura 4 representa el circuito de agua fría si como los elementos que lo componen.

Descripción de una forma de realización preferida

El dispositivo descrito está formado por un circuito de fluido refrigerante. Se inicia en una bomba de fluido (Fig 1, B), que impulsa el fluido a través de un intercambiador de gas (Fig 1, IG) y otro de agua (Fig 1, IA), donde eleva su temperatura. Después el fluido se deposita en un depósito (Fig 1, D1) con salida por su parte inferior. A continuación, a través de una electroválvula (Fig 1, EV2) el fluido entra en un cilindro (Fig 1, C) dispuesto de forma vertical, con un émbolo (Fig 1, E) con su parte superior convexa, conjunto contenido en el interior de un tubo envolvente (Fig 1, TE). El gas resultante sale del cilindro a través de otra electroválvula (Fig 1, EV1) y es conducido a través del intercambiador de calor de gas (Fig 1, IG), y después a dos condensadores, uno de agua fría (Fig 1, CAF) y otro de aire ventilado (Fig 1, CV). Un control electrónico regulará la apertura y cierre de las electroválvulas de fluido (Fig 1, EV1 y EV2) en función de la información relativa a la posición de émbolo dada por dos sensores (Fig 1, S1 y S2), situados cada uno en un extremo del cilindro. El fluido condensado se deposita en un depósito (Fig 1, D2) y regresa a la bomba fluido. La bomba de fluido puede disponer de un sistema para evitar la sobrepresión del circuito compuesto de una electroválvula (Fig 1, EV3) en su salida que se cerrará en caso de sobrepresión, y de una derivación del fluido, a través de una segunda electroválvula (Fig 1, EV4) que se cerrará para el caso, y que conduce el fluido a la entrada de la bomba. El parte inferior del cilindro (Fig 2, C) el líquido pasa a través de una válvula de salida del cilindro (Fig 2, V1) hacia un inyector con aguja reguladora (Fig 2, R) que lo proyecta sobre una turbina hidráulica, preferiblemente tipo "pelton" (Fig 2, T) en disposición horizontal situada en el interior de una cuba, y que gira unida a un eje (Fig 2, EJ) que sale de la cuba y está ligado a un alternador (Fig 2, ALT) y a la bomba de fluido refrigerante (Fig 2, B). El líquido una vez ha pasado por la turbina cae al interior de la cuba donde es ligeramente calentado por tubos metálicos (Fig 2, TM) que conducen agua (u otro fluido) caliente. Seguidamente el líquido vuelva a entrar en el cilindro con émbolo a través de la válvula (Fig 2, V2). Existe un dispositivo de sobrepresión compuesto por un cilindro con un émbolo (Fig 2, E2) unirá el interior de la cuba por debajo del nivel de líquido, con los condensadores de gas (Fig 2, CV) a través de un tubo comunicante (Fig 2, TC). Un muelle (Fig 2, M) dispuesto en el interior de este cilindro forzará el embolo siempre hacia la cuba. El agua (u otro fluido) caliente que alimenta el sistema entra por una válvula gradual (Fig 3, VG) que deriva el exceso de agua a un depósito (Fig 3, DAC) para su posterior uso. Este depósito dispone de resistencia eléctrica (Fig 3, RS) para la importación de energía eléctrica. La apertura de la válvula gradual vendrá dada por las lecturas de un cuentarrevoluciones unido a la turbina, a fin de mantener un constante régimen de giro. El agua pasa a través de tubos metálicos (Fig 3, TM) en el interior de la cuba. Después baña el exterior de los cilindros al circular por un tubo (Fig 3, TE) que contiene a estos cediéndoles calor. Finalmente pasa por un intercambiador de calor de agua (Fig 3, IA) cediendo al fluido su calor restante. A continuación regresa al ciclo de calentamiento. Un depósito con agua fría (Fig 4, DAF) vierte agua en un condensador enfriado con agua (Fig 4, CAF) y ésta regresa al depósito. Cuando el agua no está lo suficientemente fría funcionará el condensador ventilado con aire (Fig 4, CV). Para enfriar el agua del depósito ésta se hace circular por radiadores exteriores (Fig 4, R), principalmente en horario nocturno o de baja temperatura ambiental. También pueden usarse otros elementos como paneles solares (Fig 4, P) en horas sin luz. La circulación de agua se regula por válvulas (Fig 4, V3, V4 y V5).

Claims (10)

1. Dispositivo generador de energía eléctrica mediante la expansión de un gas refrigerante en un mecanismo de émbolo que impulsa un liquido a una turbina hidráulica, con capacidad de acumulación térmica y de frío ambiental, caracterizado por disponer de un circuito presurizado en los que se disponen una bomba de fluido, un intercambiador de calor entre gases, un intercambiador de calor de agua a gas, electroválvulas, cilindro de expansión con émbolo de cabeza convexa contenido en un tubo contenedor, una cuba, un condensador de gas enfriado con agua y otro enfriado por aire.

2. Dispositivo generador de energía eléctrica mediante la expansión de un gas refrigerante en un mecanismo de émbolo que impulsa un líquido a una turbina hidráulica, con capacidad de acumulación térmica y de frío ambiental, según reivindicación 1, alimentado por agua o fluido caliente controlado por una válvula gradual.

3. Dispositivo generador de energía eléctrica mediante la expansión de un gas refrigerante en un mecanismo de émbolo que impulsa un liquido a una turbina hidráulica, con capacidad de acumulación térmica y de frío ambiental, según reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por poder disponer de un depósito de agua caliente con resistencias.

4. Dispositivo generador de energía eléctrica mediante la expansión de un gas refrigerante en un mecanismo de émbolo que impulsa un líquido a una turbina hidráulica, con capacidad de acumulación térmica y de frío ambiental, según reivindicaciones 1, 2 y 3, caracterizado por poder disponer de un depósito de agua fría y por poder usar radiadores y paneles solares para enfriar agua.

5. Dispositivo generador de energía eléctrica mediante la expansión de un gas refrigerante en un mecanismo de émbolo que impulsa un líquido a una turbina hidráulica, con capacidad de acumulación térmica y de frío ambiental, según reivindicaciones 1, 2, 3 y 4, que puede disponer de un solo eje que une una turbina hidráulica, una bomba de fluido y un alternador.

6. Dispositivo generador de energía eléctrica mediante la expansión de un gas refrigerante en un mecanismo de émbolo que impulsa un líquido a una turbina hidráulica, con capacidad de acumulación térmica y de frío ambiental, según reivindicaciones 1, 2, 3, 4 y 5, caracterizado por disponer de un sistema que evita la sobrepresión en el circuito de fluido refrigerante.

7. Dispositivo generador de energía eléctrica mediante la expansión de un gas refrigerante en un mecanismo de émbolo que impulsa un liquido a una turbina hidráulica, con capacidad de acumulación térmica y de frío ambiental, según reivindicaciones 1, 2, 3, 4, 5 y 6, caracterizado por poder disponer de un mecanismo que permite la entrada de líquido desde la cuba al cilindro de expansión.

8. Dispositivo generador de energía eléctrica mediante la expansión de un gas refrigerante en un mecanismo de émbolo que impulsa un líquido a una turbina hidráulica, con capacidad de acumulación térmica y de frío ambiental, según reivindicaciones 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7, caracterizado por disponer de un émbolo que aprovecha la expansión de un gas refrigerante para impulsar un líquido a presión mediante un inyector, que puede disponer de regulador, sobre una turbina hidráulica.

9. Dispositivo generador de energía eléctrica mediante la expansión de un gas refrigerante en un mecanismo de émbolo que impulsa un líquido a una turbina hidráulica, con capacidad de acumulación térmica y de frío ambiental, según reivindicaciones 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 y 8, caracterizado por disponer de una cuba que puede estar equipada con una serie de tubos metálicos que conducen fluido caliente, y que puede disponer de una tapa de acceso a su interior.

10. Dispositivo generador de energía eléctrica mediante la expansión de un gas refrigerante en un mecanismo de émbolo que impulsa un líquido a una turbina hidráulica, con capacidad de acumulación térmica y de frío ambiental, según reivindicaciones 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9 caracterizado por poder estar cubierto de material aislante para reducir las pérdidas térmicas.