ES2259109T3 - Sistema de recuperacion termica del escape. - Google Patents

Abstract

Un sistema de recuperación del calor del escape (10) consistente en un medio de calentamiento, un intercambiador de calor (HEX1) para la recuperación del calor del escape que caliente el referido medio de calentamiento efectuando intercambio de calor entre un gas de escape generado por un generador de energía eléctrica y el referido medio de calentamiento al que se hace circular, un depósito (13) colocado por debajo del referido intercambiador de calor (HEX1) para la recuperación del calor del escape, que almacena temporalmente el referido medio de calentamiento, y una tubería al aire libre (41) que libera el contenido del referido depósito (13).

Description

Sistema de recuperación térmica del escape.

Campo técnico

La presente invención versa acerca de un sistema de recuperación térmica de un escape que recupera el calor del escape que es generado por un generador de energía eléctrica para su utilización en el suministro de agua caliente y de aire acondicionado.

La presente solicitud se basa en la solicitud de patente japonesa con Nº 2001-369357, el contenido de la cual se incorpora aquí por referencia.

Antecedentes dentro de la especialidad

En años recientes, en áreas que resultan relativamente de pequeña escala, tales como los edificios dedicados a oficinas, instalaciones industriales, y cosas por el estilo, los generadores de energía eléctrica funcionan empleando fuentes motrices que utilizan gas, gasóleo o cosas por el estilo como combustible, y existe una tendencia a utilizar sistemas con energía eléctrica autónoma. En particular, como fuente motriz para un generador de energía eléctrica, ha estado extendiéndose la tecnología utilizada en las turbinas de gas de pequeña escala movidas empleando combustible de bajo coste y que tienen un bajo nivel de ruido; ha estado aumentando la flexibilidad de las mismas, y, por lo tanto, se da una tendencia a que se expanda el empleo de las mismas.

Hay muchos casos en los que los sistemas eléctricos autónomos tales como éstos llevan acoplado un sistema de recuperación del calor del escape en el que se recupera el calor del escape generado por la fuente motriz cuando mueve un generador de energía eléctrica y se emplea para suministrar agua caliente y aire acondicionado dentro del área.

La Fig. 13 muestra un ejemplo de un sistema de recuperación del calor del escape. En la Fig. 13, el número de referencia 501 es una turbina de gas, el 502 es un intercambiador de calor para la recuperación del calor del escape, el 503 es un tanque para el almacenamiento de agua caliente, el 504 es una columna de suministro de agua caliente, el 505 es un depósito de suministro de agua, el 506 es un intercambiador de calor para el ajuste de la temperatura del suministro de agua caliente, y el 507 es una torre de refrigeración. La turbina de gas 501 y el intercambiador de calor 502 para la recuperación del calor del escape están conectados mediante una tubería 508 por la que entran los gases de escape, y, además, para la recuperación del calor del escape hay, en el intercambiador de calor 502, una torre de escape 509, que descarga el gas del escape que ha calentado el agua.

El intercambiador de calor 502 para la recuperación del calor del escape y el depósito para el almacenamiento de agua caliente 503 están conectados mediante una tubería primaria 510 que forma un sistema de ciclo cerrado en el que circula el agua (agua caliente). Además, el depósito de almacenamiento 503, la columna de suministro de agua caliente 504, y el intercambiador de calor 506 para el ajuste de la temperatura del suministro de agua caliente están conectados mediante una tubería secundaria 511 que forma un sistema de ciclo cerrado en el que circula agua caliente. El depósito de suministro de agua 505 está conectado a la tubería secundaria 511 mediante una tubería de suministro de agua 512. Además, el intercambiador de calor 506 para el ajuste de la temperatura del suministro de agua caliente y la torre de refrigeración 507 están conectados mediante una tubería refrigerante 513 que forma un sistema de ciclo cerrado en el que circula el agua a modo de refrigerante.

En el sistema de recuperación del calor del escape recién descrito, el calor del escape de la turbina de gas 501 se introduce en el intercambiador de calor 502 para la recuperación del calor del escape, a continuación se descarga en el depósito de almacenamiento de agua caliente 503, acto seguido se efectúa el intercambio de calor con el agua que circula por la tubería primaria 510, con lo que se calienta el agua. El agua (agua caliente) calentada en el intercambiador de calor 502 para la recuperación del calor del escape fluye y se introduce en el depósito de almacenamiento de agua caliente 503. Al agua (agua caliente) procedente del depósito de almacenamiento de agua caliente 503 se la hace circular en la tubería secundaria 511, y cuando se abre la columna de suministro de agua caliente 504, el agua fluye al exterior del sistema y puede emplearse. Cuando queda una cantidad pequeña de agua (agua caliente) en el depósito de almacenamiento de agua caliente 503, se suministra una cantidad apropiada de agua procedente del depósito de suministro de agua 505.

Además, en el sistema de recuperación del calor del escape recién descrito, cuando es baja la utilización del agua (agua caliente) que circula por la tubería secundaria 511, la temperatura del agua (agua caliente) del sistema se incrementa de forma excesiva. Así, en este caso, se recupera la energía térmica sobrante en el intercambiador de calor 506 para el ajuste de la temperatura del suministro de agua caliente y se descarga a la atmósfera mediante la torre de refrigeración 507.

En el sistema de recuperación del calor del escape recién descrito hay problemas por cuanto son necesarias la instalación de refrigeración formada por el intercambiador de calor 506 para el ajuste de la temperatura de suministro del agua caliente y la torre de refrigeración 507, y, por lo tanto, el sistema en su conjunto se vuelve complicado y aparatoso, y los costes para la instalación aumentan con facilidad.

Además, acompañando la expansión del empleo de los sistemas de suministro de energía autónomos, se requieren sistemas de recuperación del calor del escape dotados de eficiencia energética elevada.

La patente US 5719990 describe un generador de agua caliente y de electricidad para proporcionar electricidad y agua caliente por si se produce una interrupción en el suministro de energía eléctrica.

La patente JP 4090450 versa acerca de un dispositivo de suministro combinado de calor/electricidad.

Descripción de la invención

En consideración de las circunstancias descritas más arriba, es un objetivo de la presente invención proporcionar un sistema de recuperación del calor del escape que pueda conllevar un coste menor y que, además, conlleve una eficiencia energética elevada.

Para lograr estos objetivos, la presente invención es un sistema de recuperación del calor del escape que consta de un medio de calentamiento, de un intercambiador de calor para la recuperación del calor del escape que calienta el referido medio de calentamiento efectuando un intercambio de calor entre un gas de escape generado por un generador de energía eléctrica y el medio de calentamiento al que se hace circular, de un depósito colocado por debajo del referido intercambiador de calor para la recuperación del calor del escape que almacena temporalmente el medio de calentamiento, y de una tubería al aire libre que libera el contenido del depósito.

En el sistema de recuperación del calor del escape puede producirse un efecto de almacenamiento térmico por el medio de calentamiento almacenado en el depósito, de modo que se modera la fluctuación de temperatura del medio de calentamiento. Además, puesto que el depósito es un depósito de tipo al aire libre, no es fácil que ocurra un aumento de presión en el medio de calentamiento, y la temperatura del medio de calentamiento puede elevarse con facilidad. Además, dado que el depósito es un depósito de tipo al aire libre, las burbujas y el vapor generados en el medio de calentamiento pueden separarse y descargarse en el depósito, y de esa manera pueden evitarse los problemas debidos a las burbujas y al vapor en el líquido, y, con ello, es posible tratar el medio de calentamiento a una temperatura cercana al punto de ebullición. De manera específica, en este sistema de recuperación del calor del escape, el medio de calentamiento se calienta a una temperatura cercana al punto de ebullición, y este estado de temperatura elevada puede mantenerse de manera estable. Además, puesto que el depósito es un depósito de tipo al aire libre, puede evitarse el empleo de una estructura de coste elevado resistente a la presión, y puede realizarse una reducción de costos.

En el sistema de recuperación del calor del escape, al colocar el depósito por debajo del intercambiador de calor para la recuperación del calor del escape, puede regresar con facilidad al depósito el medio de calentamiento que va por el interior de las tuberías, incluido el intercambiador de calor para la recuperación del calor del escape. Por lo tanto, si, por ejemplo, el medio de calentamiento experimenta una ebullición anormal, es posible devolver al depósito el medio de calentamiento y dejarlo reposar. Además, durante periodos prolongados en los que se detenga el funcionamiento, y cosas por el estilo, puede minimizarse la corrosión devolviendo al depósito el medio de calentamiento que circula por el interior de las tuberías, incluido el intercambiador de calor para la recuperación del calor del escape, y manteniéndolas en una situación seca.

Además, en el sistema de recuperación del calor del escape, es mejor conectar al depósito un extremo de la tubería al aire libre, y conectar el otro extremo a un recorrido de flujo del gas del escape.

En el sistema de recuperación del calor del escape, un extremo de la tubería al aire libre está conectado al depósito, y el otro extremo está conectado al recorrido de flujo del gas del escape, de modo que el interior del depósito pueda abrirse de forma fiable a la atmósfera. Además, al conectar el otro extremo de la tubería de tipo al aire libre al recorrido del flujo del gas del escape, si se proyecta un chorro de vapor del medio de calentamiento, puede evitarse la dispersión al exterior.

Además, en el sistema de recuperación del calor del escape, es mejor proporcionar un condensador en la tubería al aire libre que condense el vapor del medio de calentamiento que se evapora del depósito.

En el sistema de recuperación del calor del escape, debido a que se facilita el condensador en la tubería al aire libre, se condensa el vapor del medio de calentamiento que se evapora del depósito, y regresa al depósito. De esa manera puede limitarse un descenso en el volumen del medio de calentamiento.

En este caso, es mejor colocar el condensador de modo que un recorrido de flujo del lado de la atmósfera esté más alto que un recorrido de flujo del lado del depósito.

Al colocar el condensador con el recorrido de flujo del lado de la atmósfera más alto que del lado del depósito, el vapor del medio de calentamiento condensado en el condensador vuelve indefectiblemente al depósito.

Además, en el sistema de recuperación del calor del escape, es mejor que flote en el medio de calentamiento dentro del depósito una tapa que incluya un material aislante.

En el sistema de recuperación del calor del escape, se logra un efecto de mantenimiento del calor gracias a la tapa que incluye material aislante y que flota sobre el medio de calentamiento en el depósito, y con ello, pese a que el depósito está al aire libre, la cantidad de energía calórica que escapa a la atmósfera está limitada, y la energía calórica recuperada del calor del escape puede emplearse sin pérdida.

En este caso, en la cara superior de la tapa es mejor que haya una pieza que evite el bloqueo para impedir el bloqueo de la tubería al aire libre que acompaña el movimiento de la tapa.

Al existir la pieza que evita el bloqueo en la cara superior de la tapa, puede impedirse el bloqueo de la tubería al aire libre hasta cuando la tapa se desplace con el movimiento de la superficie del agua dentro del depósito.

Además, en la cara inferior de la tapa es mejor que haya una pieza que evite su vuelco que impida el volcado de la tapa y que quede boca abajo.

Al existir la pieza que evita el vuelco, se impiden el volcado de la tapa y que quede boca abajo hasta cuando la tapa se desplace con el movimiento de la superficie del agua dentro del depósito, y se mantiene el efecto de la tapa de conservación del calor.

Además, es mejor que haya un espacio de separación entre la pared interna del depósito y la tapa para limitar el movimiento brusco de la tapa que acompaña una liberación de vapor del referido medio de calentamiento.

Al existir un espacio de separación entre la pared interna y la tapa, se limita el movimiento brusco de la tapa que acompaña una liberación de vapor del medio de calentamiento, y se mantiene el efecto de la tapa de conservación del calor.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es un dibujo que muestra un ejemplo esquemático de toda la estructura del sistema de suministro de tipo autónomo de energía eléctrica al que se conecta al sistema de recuperación del calor del escape de la presente invención.

La Fig. 2 es un dibujo que muestra la estructura del primer ejemplo de realización del sistema de recuperación del calor del escape de la presente invención.

La Fig. 3 es un dibujo que muestra de manera esquemática la estructura interna de un intercambiador de calor para la recuperación del calor del escape.

La Fig. 4 es un dibujo que muestra de manera esquemática una parte característica del depósito de almacenamiento del calor.

La Fig. 5 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo del procedimiento cuando se acciona el sistema de recuperación del calor del escape.

La Fig. 6 es un dibujo que muestra la estructura del segundo ejemplo de realización del sistema de recuperación del calor del escape de la presente invención.

La Fig. 7 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo del procedimiento de procesamiento cuando se acciona el sistema de recuperación del calor del escape de la Fig. 6.

La Fig. 8 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo del procedimiento de procesamiento para el control de la temperatura del suministro de agua caliente del sistema de recuperación del calor del escape de la Fig. 6.

La Fig. 9 es un dibujo que muestra la estructura del tercer ejemplo de realización del sistema de recuperación del calor del escape de la presente invención.

La Fig. 10 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo del procedimiento de procesamiento cuando se acciona el sistema de recuperación del calor del escape de la Fig. 9.

La Fig. 11 es un dibujo que muestra la estructura del cuarto ejemplo de realización del sistema de recuperación del calor del escape de la presente invención.

La Fig. 12 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo del procedimiento de procesamiento cuando se acciona el sistema de recuperación del calor del escape de la Fig. 11.

La Fig. 13 es un dibujo que muestra la estructura de un sistema convencional de recuperación del calor del escape.

Mejor modo para poner en práctica la invención

A continuación se explicarán los ejemplos de realización del sistema de recuperación del calor del escape de la presente invención haciendo referencia a las figuras.

La Fig. 1 muestra de manera esquemática la totalidad de la estructura del sistema de suministro de tipo autónomo de energía eléctrica 11 al que se ha incorporado el sistema de recuperación del calor del escape 10. El propio sistema de suministro de tipo autónomo de energía eléctrica 11 obtiene energía eléctrica moviendo un generador de energía eléctrica empleando una turbina de gas pequeña (micro turbina de gas) MT como fuente de movimiento, mientras que el sistema de recuperación del calor del escape 10 que está conectado al anterior captura el calor del gas de escape generado por la turbina de gas MT cuando mueve el generador de energía eléctrica, y tal calor se emplea en instalaciones predefinidas 12, tales como el aire acondicionado y el suministro de agua caliente.

La Fig. 2 es un dibujo que muestra la estructura del ejemplo de realización del sistema de recuperación del calor del escape 10. En el sistema de recuperación del calor del escape 10 del presente ejemplo de realización, el agua (agua caliente) empleada y hecha circular se calienta empleando el calor del gas de escape generado en un generador de energía eléctrica. Pueden darse como ejemplos de aparatos de aire acondicionado que emplean calor una instalación 12 (una instalación que emplea agua caliente) que hace circular y emplea el agua caliente, por ejemplo, un aparato para el calentamiento del suelo, un calentador/refrigerador de agua de tipo absorción, y cosas por el estilo. Además, puede emplearse un intercambiador indirecto de calor como la instalación predefinida 12 para diversos tipos de calentamiento, incluida el agua caliente potable.

En la Fig. 2, HEX1 es un intercambiador de calor para la recuperación del calor del escape que calienta un medio de calentamiento efectuando el intercambio de calor entre el gas del escape y el medio de calentamiento. El número de referencia 13 es un depósito de almacenamiento de calor que actúa a modo de depósito intermedio que almacena temporalmente el medio de calentamiento que se ha calentado por el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape. HEX2 designa un intercambiador de calor para calentar agua que calienta el agua efectuando un intercambio de calor entre el medio calentado de calentamiento y el agua (agua caliente). P1 es una bomba para transportar el medio de calentamiento. Además, pueden emplearse como medio de calentamiento agua (agua caliente) o productos químicos.

La turbina de gas MT (véase la Fig. 1) y el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape están conectados mediante la tubería de entrada del gas del escape 20. Hay un sensor de temperatura TC1 que detecta la temperatura del gas del escape en la tubería de entrada del gas del escape 20 directamente delante de la posición en la que el gas de escape se introduce en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape. Además, hay una torre de escape 21 que descarga el gas del escape al exterior en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape.

El intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape, el depósito de almacenamiento de calor 13, y la bomba P1 están conectados mediante una tubería primaria 25 para el medio de calentamiento que forma el sistema primario de circulación para el medio de calentamiento que hace circular el medio de calentamiento. Además, el intercambiador de calor HEX2 para calentar agua es un intercambiador de calor de tipo plato, y está conectado al depósito de almacenamiento de calor 13 y a una tubería de agua caliente 29 para la circulación del agua caliente. Además, la presión de suministro del agua caliente en la tubería de agua caliente 29 es proporcionada por la parte de la instalación 12 que hace circular y emplea el agua caliente.

La Fig. 3 muestra de manera esquemática la estructura del intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape.

El intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape acoge un tubo intercambiador doblado 32 de acero inoxidable que lleva instaladas una pluralidad de aletas de refrigeración de aluminio 31 dentro de una carcasa 30. En la parte superior de la carcasa 30, hay una entrada 33 y una salida 34 para el gas del escape de modo que estén separadas entre sí. La tubería de entrada del gas del escape 20 descrita anteriormente (véase la Fig. 2) va conectada a la entrada 33, y la torre de gas del escape 21 descrita con anterioridad (véase la Fig. 2) va conectada a la salida 34. Además, el tubo intercambiador de calor 32 forma parte del sistema primario de transmisión del medio de calentamiento al conectarse a la tubería 25 con el medio de calentamiento (véase la Fig. 2) descrita anteriormente.

Hay una válvula de control V1 en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape que guía el gas del escape que se introduce mediante la tubería de entrada del gas del escape 20 a la torre de gas del escape 21 antes de que se introduzca en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape y lo descargue a la atmósfera. Hay entre la válvula de control V1 y la torre de gas del escape 21 un recorrido de flujo de bypass 35 que desvía parte del gas del escape para ser introducido en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape. La válvula de control V1 incluye una válvula mariposa que cierra una parte o la totalidad de la entrada 33 y el recorrido de flujo de bypass 35, y un dispositivo impulsor (no ilustrado), tal como un motor eléctrico que accione la válvula mariposa y oscile entre la entrada adyacente 33 y la entrada al recorrido de flujo de bypass 35.

A continuación, en este ejemplo, en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape hay lo que se denomina un intercambiador a contracorriente, en el que la dirección del flujo del medio de calentamiento en el tubo intercambiador de calor 32 y la dirección del flujo del gas del escape que fluye por el exterior del tubo intercambiador de calor 32 van en sentidos opuestos. Un intercambiador de calor de tipo contracorriente, en el que los dos fluidos que experimentan el intercambio de calor fluyen en direcciones opuestas tiene una eficiencia elevada, y puede realizar con facilidad un intercambio uniforme de calor. Sin embargo, la presente invención no está limitada a un intercambiador de calor de tipo contracorriente, y puede emplearse un intercambiador de calor de tipo de flujo paralelo, en el que la dirección del flujo del medio de calentamiento y la dirección del flujo del gas del escape son la misma.

Volviendo a la Fig. 2, en la tubería primaria para el medio de calentamiento 25 hay una válvula selectora V2 de tres vías y una tubería de bypass 40 que desvían el medio de calentamiento que ha de introducirse en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape al lado de la salida del intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape.

En la tubería primaria para el medio de calentamiento 25 hay un sensor de temperatura TC2 en una ubicación después de que el medio de calentamiento se haya introducido desde el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape. La válvula de control V1 es controlada para que se abra y cierre basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC2, y, según sea preciso, evita, desviándolo, que el gas del escape se introduzca en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape. Además, la válvula selectora V2 de tres vías es controlada de modo similar basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC2, y, según sea preciso, evita, desviándolo, que el medio de calentamiento se introduzca en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape.

El depósito de almacenamiento de calor 13 va colocado por debajo del intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape. Además, hay en el depósito de almacenamiento de calor 13 una tubería al aire libre 41 que libera el contenido del depósito de almacenamiento de calor 13 a la atmósfera. Un extremo de la tubería al aire libre 41 va conectado al depósito de almacenamiento de calor 13, y el otro extremo va conectado a la torre del escape 21, que sirve como recorrido de flujo para el gas del escape. Además, hay en la tubería al aire libre 41 un condensador 42 que condensa el vapor del medio de calentamiento que se evapora desde el depósito de almacenamiento del calor 13. El condensador 42 va colocado con un cierto ángulo, de modo que el recorrido del flujo del lado de la torre del escape 21, que está del lado de la atmósfera, resulte más alto que el recorrido del flujo del lado del depósito. Además, dentro del depósito de almacenamiento del calor 13 flota una tapa 43 que incluye un material aislante para cubrir la superficie del fluido del medio de calentamiento.

Las Figuras de la 4A a la 4C muestran de manera esquemática una parte característica del depósito de almacenamiento del calor.

La Fig. 4A muestra un ejemplo de la estructura de la tapa 43 que flota en el medio de calentamiento en el depósito de almacenamiento del calor 13. En este ejemplo, la tapa 43 está compuesta de una estructura de una pieza de resina 43a con zunchos que hace de material de aislamiento y de una pieza de resina 43b tal como polipropileno con forma de plato. Además, por medio de un tornillo 43c para apretar las piezas, se fijan entre sí las piezas 43a, 43b, y se evita su separación. Además, en este ejemplo, al aplicar una resina espumante como material de aislamiento de la tapa 43, puede obtenerse una flotabilidad suficiente con respecto al medio de calentamiento dentro del depósito de almacenamiento del calor 13.

Además, como se ve en las Figuras 4B y 4C, en la cara superior de la tapa 43, hay una pieza 43d evitadora de bloqueos a modo de proyección para evitar el bloqueo de la tubería al aire libre 41 que acompaña el movimiento de la tapa 43. Al existir la pieza 43d que evita el bloqueo en la cara superior de la tapa 43, puede impedirse el bloqueo de la tubería al aire libre 41 hasta cuando la tapa 43 se desplace con el movimiento de la superficie del agua dentro del depósito de almacenamiento del calor 13.

Además, en la cara inferior de la tapa 43 hay una pieza 43e que evita su vuelco que impide el volcado de la tapa 43 y que quede boca abajo. En este ejemplo, la pieza 43e que evita el vuelco está compuesta de varias piezas en forma de varilla que se extienden hacia abajo desde la cara inferior de la tapa 43. Al existir en la cara inferior de la tapa 43 la pieza 43e que evita el vuelco, se impiden el volcado de la tapa 43 y que quede boca abajo hasta cuando la tapa 43 se desplace con el movimiento de la superficie del agua dentro del depósito de almacenamiento del calor 13, y se mantiene de forma estable el efecto de la tapa 43 de conservación del calor.

Además, entre la pared interna del depósito para el almacenamiento del calor 13 y la tapa 43 hay un espacio de separación 44 para limitar el movimiento brusco de la tapa 43 que acompaña la liberación de vapor del medio de calentamiento. Al liberar hacia arriba parte del vapor a través del espacio de separación 44, se limita el movimiento brusco de la tapa 43 que acompaña una liberación de vapor del medio de calentamiento, y se mantiene de manera estable el efecto de la tapa 43 de conservación del calor. Además, en este ejemplo, una abertura para la liberación del vapor es el espacio de separación 44, aunque pueden utilizarse otros ejemplos de realización como mediante un agujero que haya en la tapa 43.

A continuación se explicará el mecanismo de la recuperación del calor del escape mediante el sistema de recuperación del calor del escape formado como se ha descrito con anterioridad.

En primer lugar, el gas del escape que se descarga de la turbina de gas MT se introduce a través de la tubería de entrada del gas del escape 20 en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape; el gas del escape calienta el medio de calentamiento mediante el intercambio de calor con el medio de calentamiento que fluye a través del sistema primario de circulación del medio de calentamiento, y subsiguientemente el gas del escape se descarga desde la torre de gas de escape 21.

El medio de calentamiento que ha sido calentado por el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape fluye a través del sistema primario de circulación del medio de calentamiento mediante la acción de la bomba P1, y a continuación el medio de calentamiento se almacena temporalmente en el depósito de almacenamiento del calor 13. Además, el medio de calentamiento que fluye por el sistema primario de circulación del medio de calentamiento se introduce en el intercambiador de calor HEX2 para calentar agua; el medio de calentamiento calienta este agua realizando un intercambio de calor con el agua (agua caliente) que fluye por la tubería de agua 29, y luego se almacena nuevamente en el depósito de almacenamiento del calor 13. Además, el agua caliente calentada por el intercambiador de calor HEX2 para calentar agua fluye por la tubería de agua 29 por medio de la presión de suministro del agua caliente empleando la instalación 12, y se emplea.

A continuación se explicará, haciendo referencia al diagrama de flujo mostrado en la Fig. 5, el flujo del proceso mientras está en funcionamiento el sistema de recuperación del calor del escape descrito con anterioridad.

El estado inicial de cada una de las partes del sistema de recuperación del calor del escape antes de la operación es: la válvula de control V1, desviando el gas del escape; la válvula selectora V2 de tres vías, desviando el medio de calentamiento; y la bomba P1, parada.

Cuando el sistema de recuperación del calor del escape se pone en marcha a partir de este estado, se determina, en el paso 300, si la temperatura del gas de escape es o no más elevada que 200ºC basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC1. Cuando la temperatura del gas de escape se hace igual o mayor que 200°C, el estado de cada una de las partes del sistema de recuperación del calor del escape cambia en el paso 301: la válvula de control V1 cambia a control proporcional; la válvula selectora V2 de tres vías cambia a introducir el medio de calentamiento en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape; y la bomba P1 cambia a "en funcionamiento". Subsiguientemente, se ejecuta el proceso de control del sistema de recuperación del calor del escape.

En el proceso de control del sistema de recuperación del calor del escape, en primer lugar, se controla proporcionalmente, en el paso 310, la válvula de control V1 cuando la temperatura del medio de calentamiento alcanza, inmediatamente después de la recuperación del calor del escape, una temperatura deseada predefinida, por ejemplo, de 97°C, basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC2. El control proporcional de esta válvula de control V1 es continuo cuando la temperatura del medio de calentamiento es inferior a 98ºC, basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC2.

Además, cuando la temperatura del medio de calentamiento no se ha mantenido a 100ºC o más durante dos o más minutos en el paso 313, entonces, en el paso 316 se determina si la temperatura del medio de calentamiento es inferior o no a los 98°C. Si es inferior a los 98ºC, entonces, en el paso 317, la válvula de control V1 cambia a control proporcional, la válvula selectora de tres vías V2 cambia a introducir el medio de calentamiento en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape, y el proceso vuelve al paso 310. Además, en el paso 316, cuando la temperatura del medio de calentamiento es de 98ºC o superior, el proceso vuelve al paso 312, y se repite del paso 312 al paso 316. Además, en este proceso de control del sistema de recuperación del calor del escape, pueden cambiarse de manera arbitraria, dentro de una gama predeterminada las configuraciones de cada una de las temperaturas y de los tiempos descritos más arriba.

De esta forma, en el sistema de recuperación del calor del escape del presente ejemplo, dado que hay un depósito de almacenamiento del calor 13 que almacena temporalmente el medio de calentamiento, ocurre un efecto de almacenamiento del calor (el efecto del mantenimiento de la temperatura) debido al medio de calentamiento almacenado en el depósito de almacenamiento de calor 13, y, por lo tanto, se modera la fluctuación de temperatura del medio de calentamiento. Además, debido a que el depósito de almacenamiento de calor 13 es del tipo al aire libre, no ocurre fácilmente un aumento de presión en el medio de calentamiento, y la temperatura del medio de calentamiento aumenta con facilidad. Por lo tanto, el medio de calentamiento puede calentarse de manera eficiente hasta una temperatura elevada. Además, dado que el depósito de almacenamiento de calor 13 es de un tipo al aire libre, las burbujas y el vapor que son generados en el medio de calentamiento son separados y se descargan en el depósito 13, y de esa manera pueden evitarse los problemas debidos a la mezcla de burbujas y de vapor dentro del líquido. De manera específica, en este sistema de recuperación del calor del escape, al aplicar lo que se denomina una estructura no presurizante, el medio de calentamiento se calienta a una temperatura cercana al punto de ebullición, y este estado de temperatura elevada puede mantenerse de manera estable. Acompañando esto, el agua para la circulación se calienta hasta una temperatura elevada, y el estado de temperatura elevada puede mantenerse de manera estable. Además, puesto que el depósito es de tipo al aire libre, puede evitarse el empleo de una estructura de coste elevado resistente a la presión, y puede, por lo tanto, realizarse una reducción de costos.

En este caso, debido a que el depósito de almacenamiento de calor 13 está colocado por debajo del intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape, el medio de calentamiento que va por el interior de las tuberías, incluido el intercambiador de calor para la recuperación del calor del escape, regresa con facilidad al depósito de almacenamiento de calor 13 debido a la gravedad. Por lo tanto, si, por ejemplo, el medio de calentamiento experimenta una ebullición anormal, es posible devolver al depósito el medio de calentamiento y dejarlo reposar. Además, durante periodos prolongados en los que se detenga el funcionamiento, y cosas por el estilo, se da la ventaja de que puede minimizarse la corrosión devolviendo al depósito de almacenamiento de calor 13 el medio de calentamiento que circula por el interior de las tuberías, incluido el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape, y manteniéndolas en una situación seca.

Además, en el sistema de recuperación del calor del escape del presente ejemplo, debido a que un extremo de la tubería al aire libre 41 está conectado al depósito de almacenamiento de calor 13, y a que el otro extremo está conectado a la torre de escape 21, que hace de recorrido de flujo del gas del escape, el interior del depósito de almacenamiento de calor 13 puede abrirse de forma fiable a la atmósfera. Además, si se proyecta un chorro de vapor del medio de calentamiento, puede evitarse la dispersión al exterior.

Además, en el sistema de recuperación del calor del escape del presente ejemplo, debido a que el condensador 42 que condensa el vapor del medio de calentamiento que se evapora desde el depósito de almacenamiento del calor 13 está colocado en la tubería al aire libre 41, el vapor del medio de calentamiento evaporado desde el depósito de almacenamiento de calor 13 se condensa en este condensador 42 y es devuelto al depósito de almacenamiento de calor 13. Por lo tanto, puede limitarse una disminución en el volumen del medio de calentamiento. En este caso, dado que el condensador 42 va colocado de modo que el recorrido del flujo del lado de la atmósfera resulte más alto que el recorrido del flujo del lado del depósito de almacenamiento de calor 13, el vapor del medio de calentamiento condensado en el condensador 42 vuelve de manera fiable al depósito.

Además, en el sistema de recuperación del calor del escape del presente ejemplo, debido a que una tapa 43 que incluye un material aislante flota sobre el medio de calentamiento en el depósito de almacenamiento de calor 13, se establece un efecto de mantenimiento de la temperatura, y con ello, pese a que el depósito está al aire libre, la cantidad de energía calórica que escapa a la atmósfera se ve limitada, y la energía recuperada del gas del escape puede emplearse sin pérdida.

Además, en el sistema de recuperación del calor del escape del presente ejemplo, debido a que el intercambiador de calor HEX2 para calentar agua es un intercambiador de calor de tipo plato, puede efectuarse un intercambio eficiente de calor dotado de una tasa elevada de transferencia térmica mediante contracorriente completa y cosas por el estilo. Por lo tanto, la temperatura del agua que circulará y se empleará en la instalación 12 puede elevarse rápidamente.

Además, en el sistema de recuperación del calor del escape del presente ejemplo, la temperatura del medio de calentamiento calentado por el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape es detectada de manera continua por el sensor de temperatura TC2, y la cantidad del gas del escape introducido en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape es controlada por la válvula de control V1 basándose en los resultados detectados de aquél. Además, cuando el medio de calentamiento sobrepasa una temperatura predeterminada, el gas del escape que debe introducirse en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape es descargado a la atmósfera al ser desviado al recorrido de flujo de bypass 35 antes de ser introducido. De esta manera, en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape, únicamente se recupera la cantidad necesaria de energía térmica, y la energía térmica sobrante se descarga a la atmósfera sin ser introducida en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape. Por lo tanto, se hace innecesaria una instalación convencional de refrigeración, y pueden efectuarse reducciones de costos basándose también en este factor.

A continuación, se explicará un segundo ejemplo de realización del sistema de recuperación del calor del escape de la presente invención haciendo referencia a la Fig. 6, a la Fig. 7, y a la Fig. 8. El sistema de recuperación del calor del escape 10 del presente ejemplo de realización calienta el agua para el suministro de agua caliente empleando calor del gas del escape producido en el generador de energía eléctrica. Además, los componentes esenciales que tienen una función idéntica a los ya explicados en el primer ejemplo de realización tienen números de referencia idénticos, y se omite o simplifica su explicación.

En el sistema de recuperación del calor del escape del presente ejemplo de realización, a diferencia del primer ejemplo de realización descrito más arriba, hay una caldera de gas 14 para el agua caliente que hace de aparato auxiliar de calentamiento. Además, el intercambiador de calor HEX2 para calentar agua calienta el agua para emplearla realmente para el suministro de agua caliente.

El intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape, el depósito de almacenamiento de calor 13 y la bomba P1 están conectados mediante una tubería primaria 25 para el medio de calentamiento que forma el sistema primario de circulación del medio de calentamiento que hace circular el medio de calentamiento. Además, el intercambiador de calor HEX2 para calentar agua es un intercambiador de calor de tipo plato, y está conectado al depósito de almacenamiento de calor 13 y a una tubería de agua 28 que suministra agua por la conducción de agua a una columna de suministro de agua caliente 15 a modo de fuente de suministro de agua. Además, la presión de suministro del agua en la tubería de agua 28 es proporcionada por el lado de la fuente de suministro de agua.

Un sensor de temperatura TC3 que detecta la temperatura del agua después de ser calentada se pone en la tubería de agua 28 ubicado inmediatamente después de la confluencia de la tubería colocada después del punto en que el agua se ha transportado desde el intercambiador de calor HEX2 para calentar agua y la tubería colocada después del punto en que el agua se ha transportado desde una caldera a gas de agua caliente 14. Además, este sensor de temperatura TC3 se emplea para confirmar la temperatura del suministro de agua caliente.

Además, en la tubería de agua 28 hay una válvula selectora de tres vías V10 y una tubería de bypass 45 que desvían el agua introducida en el intercambiador de calor HEX2 para calentar agua hacia el lado de la salida del intercambiador de calor HEX2 para calentar agua, y la caldera a gas para agua caliente 14 descrita con anterioridad está en la tubería de bypass 45. Además, se conecta una tubería de gas 46 que recibe un suministro de gas de un sistema de suministro de gas constituido aparte de la caldera a gas para agua caliente 14, y en la tubería de gas 46 hay una válvula de entrada de gas V11 que interrumpe y permite la entrada del gas a la caldera a gas para agua caliente 14. Además, la válvula selectora de tres vías V10 se controla basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC2 descrito con anterioridad, y, según haga falta, el agua se introduce en la caldera a gas para agua caliente 14 desviándola en el intercambiador de calor HEX2 para calentar el agua. La caldera a gas para agua caliente 14 se acciona detectando la entrada de agua cuando la válvula selectora de tres vías V10 se abre del lado de la caldera a gas para agua caliente y se calienta el agua introducida en ella. Además, el dispositivo auxiliar de calentamiento de la presente invención está estructurado para incluir la caldera a gas para agua caliente 14 y la válvula selectora de tres vías V10.

A continuación se explicará el mecanismo de la recuperación del calor del escape mediante el sistema formado para la recuperación del calor del escape tal como ha sido descrito anteriormente.

En primer lugar, el gas del escape descargado desde la turbina de gas MT se introduce en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape a través de la tubería de entrada de gas del escape 20, y el gas del escape calienta el medio de calentamiento mediante el intercambio de calor con el medio de calentamiento que fluye por el sistema primario de circulación del medio de calentamiento, y subsiguientemente el gas del escape se descarga desde la torre de gas de escape 21.

El medio de calentamiento que ha sido calentado mediante el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape fluye a través del sistema primario de circulación del medio de calentamiento gracias a la acción de la bomba P1, y el medio de calentamiento se almacena temporalmente en el depósito de almacenamiento de calor 13. Además, el medio de calentamiento que fluye a través del sistema primario de circulación se introduce en el intercambiador de calor HEX2 para calentar el agua; el medio de calentamiento calienta este agua efectuando intercambio de calor con el agua que fluye por la tubería para agua 28, y luego se almacena otra vez en el depósito de almacenamiento de calor 13. Además, el agua (agua caliente) calentada mediante el intercambiador de calor HEX2 para calentar agua fluye a través de la tubería para agua 28 por medio de la presión de suministro de la fuente de suministro de agua, y se emplea tras fluir fuera del sistema cuando se abre la columna 15 de suministro de agua caliente.

A continuación se explicará, haciendo referencia a los diagramas de flujo mostrados en la Fig. 7 y en la Fig. 8, el flujo del proceso cuando se acciona el sistema de recuperación del calor del escape descrito con anterioridad.

La situación inicial de cada parte del sistema de recuperación del calor del escape antes de la operación es: la válvula de control V1, desviando el gas del escape; la válvula selectora V2 de tres vías, desviando el medio de calentamiento; la válvula selectora V10 de tres vías, introduciendo agua dentro del intercambiador de calor HEX2 para calentar agua; la válvula de entrada de gas V11, cerrada; y la bomba P1, parada.

Cuando el sistema de recuperación del calor del escape se pone en marcha a partir de esta situación, se determina si la temperatura del gas de escape es o no más elevada que 200ºC basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC1. Luego, en el caso de que la temperatura del gas de escape sea inferior a 200°C, se considera que la turbina de gas MT no está en funcionamiento, y el estado de cada una de las partes del sistema de recuperación del calor del escape cambia a "caldera de agua caliente funcionando de forma independiente" en el paso 2, y la válvula de control V1 cambia a desvío del gas de escape; la válvula selectora V2 de tres vías cambia a desviar el medio de calentamiento; la válvula selectora V10 de tres vías cambia a introducir agua en la caldera a gas para agua caliente 14; la válvula de entrada de gas V11 cambia a abierta, y la bomba P1 cambia a apagada.

Además, en el paso 1, si la temperatura del gas del escape es igual a 200ºC o superior, se considera que la turbina a gas MT está en funcionamiento, y el estado de cada una de las partes del sistema de recuperación del calor del escape cambia a "turbina de gas/caldera a gas para agua caliente en funcionamiento" en el paso 3, y la válvula de control V1 cambia a control proporcional; la válvula selectora V2 de tres vías cambia a introducir el medio de calentamiento en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape; la válvula selectora V10 de tres vías cambia a introducir agua en el intercambiador de calor HEX2 para calentar agua; la válvula de entrada de gas V11 cambia a abierta; y la bomba P1 cambia a "en funcionamiento". Subsiguientemente, se ejecutan el proceso de control del sistema de recuperación del calor del escape y el proceso de control del suministro de agua caliente.

En el proceso de control del sistema de recuperación del calor del escape, en primer lugar, se controla proporcionalmente, en el paso 10, la válvula de control V1 cuando la temperatura del medio de calentamiento haya alcanzado, inmediatamente después de la recuperación del calor del escape, una temperatura deseada predefinida, por ejemplo, de 90°C, basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC2. El control proporcional de esta válvula de control V1 se realiza de forma continua cuando la temperatura del gas del escape es igual o mayor que 200°C, basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC1, y cuando la temperatura del medio de calentamiento es inferior a 98ºC, basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC2. Además, en el paso 11, cuando la temperatura del gas del escape se hace inferior a los 200ºC, basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC1, el procesamiento vuelve al paso 1, y cambia a "caldera de agua caliente que funciona de forma independiente".

Además, en el paso 12, si la temperatura del medio de calentamiento es igual o mayor que 98ºC, basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC2, el proceso continúa al paso 13, y la válvula de control V1 cambia a desviar el gas del escape y la válvula selectora V2 de tres vías cambia a desviar el medio de calentamiento. Cuando la temperatura del medio de calentamiento es igual o mayor que 200ºC en el paso 14, en el paso 15 se muestra una visualización que muestra que la temperatura del medio de calentamiento es una temperatura elevada. Además, cuando en el paso 16 se ha confirmado que la temperatura del medio de calentamiento se ha mantenido igual o por encima de 100ºC durante 60 segundos o más, el estado cambia al mismo estado que el de "caldera de agua caliente que funciona de forma independiente" descrito antes en el paso 17, y en el paso 18 se emite un aviso de que "el funcionamiento de la válvula de control V1 es defectuoso/detenida la recuperación de calor".

Además, en el paso 16, si la temperatura del medio de calentamiento no se mantiene a 100ºC o por encima de esa cifra durante 60 segundos o más, en el paso 19 se determina si la temperatura del medio de calentamiento es inferior o no a 98ºC. Si es inferior a 98ºC, entonces, en el paso 20, la válvula de control V1 cambia a control proporcional y la válvula selectora V2 de tres vías cambia a introducir el medio de calentamiento en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape, y el proceso vuelve al paso 10. Además, en el paso 19, si la temperatura del medio de calentamiento es superior a 98ºC, el proceso vuelve al paso 13, y se repiten los pasos del 13 al 19. Además, en este proceso de control del sistema de recuperación del calor del escape, pueden cambiarse dentro de una gama predefinida las configuraciones de cada uno de los tiempos y las temperaturas.

La Fig. 8 es un diagrama de flujo del proceso de control de la temperatura del suministro de agua caliente. En primer lugar, en el proceso de control de la temperatura del suministro de agua caliente, en el paso 30, cuando la temperatura del medio de calentamiento alcanza una temperatura deseada predeterminada, por ejemplo de 90ºC, basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC2, se realiza el control de encendido/apagado de la válvula selectora V10 de tres vías. De manera específica, cuando se ha confirmado en el paso 31 que la temperatura del gas de escape es igual o superior a 200ºC, basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC1, y se ha confirmado en el paso 32 que la temperatura del medio de calentamiento es inferior a 98ºC, basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC2, entonces en el paso 33 la válvula selectora V10 de tres vías cambia al lado de la caldera a gas para agua caliente 14, se enciende la caldera a gas para agua caliente 14, y el agua se calienta. Además, cuando se ha confirmado en el paso 32 que la temperatura del medio de calentamiento ha excedido 98ºC, en el paso 34 la válvula selectora V10 de tres vías cambia al lado del intercambiador de calor HEX2 para calentar agua, y el agua se calienta por intercambio de calor con el gas del escape. Además, en el proceso de control de la temperatura del suministro de agua caliente, pueden cambiarse dentro de una gama predefinida las configuraciones de cada una de las temperaturas.

Además, en el sistema de recuperación del calor del escape del presente ejemplo, como el primer ejemplo de realización, al aplicar lo que se denomina estructura no presurizante, el medio de calentamiento se calienta a una temperatura cercana al punto de ebullición, y este estado de temperatura elevada puede mantenerse de manera estable. Acompañando esto, el agua para el suministro de agua caliente se calienta hasta una temperatura elevada, y el estado de temperatura elevada puede mantenerse de manera estable. Además, puesto que el depósito es de tipo al aire libre, puede evitarse el empleo de una estructura de coste elevado resistente a la presión, y pueden, por lo tanto, realizarse reducciones de costos.

Además, en el sistema de recuperación del calor del escape del presente ejemplo, debido a que el intercambiador de calor HEX2 para calentar agua es un intercambiador de calor de tipo plato, puede efectuarse un eficiente intercambio de calor dotado de una tasa elevada de transferencia térmica mediante contracorriente completa y cosas por el estilo. Por lo tanto, aunque el recorrido de entrada del agua en el intercambiador de calor HEX2 para calentar agua no sea un sistema en circulación, el agua de la conducción de agua que tenga una temperatura relativamente baja puede ser calentada a una temperatura cercana a la del medio de calentamiento. Por ello, se hace innecesario un recorrido en circulación para el agua, y pueden realizarse reducciones de costos rápidamente. Además, junto con un acortamiento del recorrido, la pérdida de energía calórica mengua, y puede realizarse un aumento de la eficiencia energética del sistema en su conjunto.

Además, en el sistema de recuperación del calor del escape del presente ejemplo, si la temperatura del medio de calentamiento que es calentada por el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape no ha alcanzado una temperatura predefinida basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC2, el agua introducida en el intercambiador de calor HEX2 para calentar agua es desviada por la válvula selectora V10 de tres vías, y el agua desviada es calentada por la caldera a gas para agua caliente 14. Por lo tanto, la temperatura del agua para el suministro de agua caliente puede mantenerse de manera estable en un estado de temperatura elevada.

A continuación, se explicará un tercer ejemplo de realización del sistema de recuperación del calor del escape de la presente invención haciendo referencia a la Fig. 9 y a la Fig. 10. El sistema de recuperación del calor del escape 10 del presente ejemplo de realización calienta un medio de calentamiento que se hace circular y se emplea en la instalación predeterminada, tal como aire acondicionado, empleando calor del gas de escape producido en el generador de energía eléctrica. Además, los componentes esenciales que tienen una función idéntica a los ya explicados en el primer y en el segundo ejemplos de realización tienen números de referencia idénticos, y se omite o simplifica su explicación.

En el sistema de recuperación del calor del escape del presente ejemplo de realización, a diferencia de los ejemplos de realización primero y segundo descritos con anterioridad, el medio de calentamiento que se hace circular y se emplea en una instalación predeterminada es calentado directamente por el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape.

En la Fig. 9, el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape, el depósito para el almacenamiento del calor 13 y la bomba P1 están conectados mediante la tubería para el medio de calentamiento 23 que forma el sistema de transporte del medio de calentamiento que transporta el medio de calentamiento.

En la tubería para el medio de calentamiento 23 hay una válvula selectora V2 de tres vías y una tubería de bypass 40 que desvían el medio de calentamiento que ha de ser introducido en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape al lado de la salida del intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor. Además, en la tubería para el medio de calentamiento 23 hay una válvula electromagnética V3 que controla el transporte del medio de calentamiento de forma sincrónica con la bomba P1 en una ubicación previa a aquella en la que el medio de calentamiento se introduce en el depósito de almacenamiento de calor 13.

En la tubería para el medio de calentamiento 23 hay un sensor de temperatura TC2 en una ubicación posterior a aquella en la que el medio de calentamiento se transporta desde el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape. El sensor de temperatura TC2 hace de dispositivo detector de la temperatura que detecta la temperatura del medio de calentamiento. Además, en la tubería para el medio de calentamiento 23 hay una válvula de comprobación V4 más allá de la ubicación en que está colocado el sensor de temperatura TC2. La válvula de comprobación V4 detiene el flujo inverso del medio de calentamiento desde una instalación predeterminada 12, tal como un aire acondicionado, hacia el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape.

A continuación se explicará el mecanismo de recuperación del escape mediante el sistema de recuperación del calor del escape tal como se ha descrito más arriba.

En primer lugar, el gas del escape descargado de la turbina a gas MT se introduce en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape a través de la tubería de entrada del gas de escape 20; el medio de calentamiento es calentado por el intercambio de calor que se realiza entre el gas del escape y el medio de calentamiento que fluye a través del sistema de transporte del medio de calentamiento, y, subsiguientemente, el gas del escape se descarga desde la torre para el gas de escape 21.

El medio de calentamiento calentado en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape fluye a través del sistema de transporte del medio de calentamiento mediante la acción de la bomba P1, y se lo hace circular y se emplea como medio de calentamiento para las instalaciones predeterminadas 12 tales como el aire condicionado. Además, después de que se almacena temporalmente en el depósito de almacenamiento de calor 13, el medio de calentamiento que vuelve de la instalación predeterminada 12 se vuelve a introducir en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape.

Además, en el depósito de almacenamiento de calor 13, la tapa 43 que incluye material de aislamiento flota de modo que cubre la superficie del fluido que hace de medio de calentamiento, y de ese modo se logra un efecto de mantenimiento del calor, y, por lo tanto, aunque esté abierto a la atmósfera el depósito de almacenamiento de calor 13, se limita la cantidad de energía calórica que escapa a la atmósfera y puede emplearse sin pérdida la energía térmica recuperada del calor del escape.

Además, debido a la presencia del condensador 42 en la tubería al aire libre 41 conectada al depósito de almacenamiento de calor 13, el vapor del medio de calentamiento que se evapora del depósito de almacenamiento de calor 13 se condensa en el condensador 42, y regresa al depósito. Con ello, puede limitarse una disminución en el volumen del medio de calentamiento.

A continuación se explicará, haciendo referencia a la Fig. 10, el flujo del proceso cuando se acciona el sistema de recuperación del calor del escape descrito más arriba.

La situación inicial de cada parte del sistema de recuperación del calor del escape antes de la operación es: la válvula de control V1, desviando el gas del escape; la válvula selectora V2 de tres vías, desviando el medio de calentamiento; y la válvula electromagnética V3, cerrada.

Cuando el sistema de recuperación del calor del escape se pone en marcha a partir de esta situación, en el paso 100, se determina si la temperatura del gas de escape es o no más elevada que 200ºC basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC1, y cuando la temperatura del gas del escape es igual o superior a 200ºC, en el paso 101, la situación de cada parte del sistema de recuperación del calor del escape pasa a ser ésta: la válvula de control V1 cambia a control proporcional; la válvula selectora V2 de tres vías pasa a introducir el medio de calentamiento en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape; la válvula electromagnética V3 cambia abierta; y la bomba P1 cambia a operativa. De forma subsiguiente, se ejecuta el proceso de control del sistema de recuperación del calor del escape.

En primer lugar, en el proceso de control del sistema de recuperación del calor del escape, en el paso 110, cuando la temperatura del medio de calentamiento alcance la temperatura fijada deseada, inmediatamente después de la recuperación del calor del escape, de, por ejemplo, 90ºC, basándose en el resultado detectado del sensor de temperatura TC2, la válvula de control V1 es controlada de manera proporcional. Este control proporcional de la válvula de control V1 se realiza de forma continua mientras la temperatura del medio de control sea inferior a los 98ºC, basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC2.

Acto seguido, en el paso 111, si la temperatura del medio de calentamiento es igual o superior a los 98ºC, basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC2, el proceso avanza al paso 112, en el que la válvula de control V1 cambia a desviar el gas del escape y la válvula selectora V2 de tres vías cambia a desviar el medio de calentamiento. Una vez se ha confirmado en el paso 113 que la temperatura del medio de calentamiento se ha mantenido igual o por encima de 100ºC durante dos o más minutos, en el paso 114, el estado de cada una de las partes del sistema de recuperación del calor del escape cambia a un estado idéntico al de la situación inicial ya descrita, y en el paso 115 se emite un aviso de que "el funcionamiento de la válvula de control V1 es defectuoso/recuperación del calor detenida".

A continuación, cuando la temperatura del medio de calentamiento no se ha mantenido igual o por encima de 100ºC durante dos o más minutos en el paso 113, se determina en el paso 116 si la temperatura del medio de calentamiento es inferior o no a los 98ºC. Si es inferior a los 98ºC, entonces en el paso 117 la válvula de control V1 cambia a control proporcional, la válvula selectora V2 de tres vías cambia a introducir el medio de calentamiento en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape, y el proceso vuelve al paso 110. Además, en el paso 116, cuando la temperatura del medio de calentamiento es de 98ºC o superior, el proceso vuelve al paso 112, y se repiten los pasos desde el 112 al 116. Además, en este proceso de control del sistema de recuperación del calor del escape, las configuraciones de cada una de las temperaturas y de los tiempos descritos anteriormente pueden cambiarse de manera arbitraria dentro de una gama predefinida.

De esta manera, en el sistema de recuperación del calor del escape del presente ejemplo, el medio de calentamiento que circula y se emplea en una instalación predeterminada es calentado directamente por el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape. En ese momento, la temperatura del medio de calentamiento calentado por el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape se detecta de forma continua por el sensor de temperatura TC2 y, basándose en este resultado detectado, la válvula de control V1 controla la cantidad de gas de escape que se introduce en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape. Además, cuando la temperatura del medio de calentamiento ha sobrepasado una temperatura predeterminada, el gas del escape que ha de introducirse en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape se desvía al recorrido del flujo de bypass 35 antes de la entrada, y se descarga en la atmósfera. De esta manera, en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape, solamente se recupera la cantidad necesaria de energía calórica, y la energía térmica sobrante se descarga a la atmósfera sin ser introducida en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape. Por lo tanto, se hace innecesaria la instalación de refrigeración convencional, y pueden efectuarse reducciones de costos. Además, en este sistema de recuperación del calor del escape, dado que el medio de calentamiento que circula y se emplea en una instalación predeterminada es calentado directamente por el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape, la pérdida de energía térmica es baja con respecto a la convencional consistente en intercambiadores de calor de etapas múltiples. De esta manera puede llevarse a cabo una mejora en la eficiencia energética de todo el sistema.

Además, en el sistema de recuperación del calor del escape del presente ejemplo, dado que hay un depósito de almacenamiento de calor 13 que almacena temporalmente el medio de calentamiento, el medio de calentamiento se calienta a una temperatura cercana al punto de ebullición, y esta situación de temperatura elevada puede mantenerse de manera estable. Por lo tanto, en una instalación predeterminada en la que circula y se emplea este medio de calentamiento, pueden obtenerse diversas ventajas, como la disminución de la cantidad de combustible. Además, dado que el depósito es del tipo al aire libre, puede evitarse el empleo de una estructura resistente a la presión de costo elevado, y, por lo tanto, pueden efectuarse reducciones de costos.

Además, en el sistema de recuperación del calor del escape del presente ejemplo, aunque el medio de calentamiento puede hacerse fluir en sentido inverso con facilidad debido a que se utiliza un depósito que es del tipo al aire libre, puede impedirse el flujo inverso del medio de calentamiento desde la instalación predeterminada hasta el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape mediante la válvula de comprobación V4, y, por lo tanto, pueden evitarse los problemas que acompañan al flujo inverso del medio de calentamiento.

A continuación, se explicará un cuarto ejemplo de realización del sistema de recuperación del calor del escape de la presente invención haciendo referencia a la Fig. 11 y a la Fig. 12. Como en el tercer ejemplo de realización descrito con anterioridad, el sistema de recuperación del calor del escape 10 del presente ejemplo de realización emplea también el calor del gas del escape producido por un generador eléctrico, y calienta el medio de calentamiento que se hace circular y se emplea en una instalación predeterminada como el aire acondicionado. Además, los componentes esenciales que tienen una función idéntica a los ya explicados en el primer ejemplo de realización tienen números de referencia idénticos, y se omite o se simplifica su explicación.

En el sistema de recuperación del calor del escape del presente ejemplo de realización, a diferencia de cada uno de los ejemplos de realización descritos con anterioridad, hay un aparato auxiliar de combustión 50 que hace de dispositivo auxiliar de entrada de gas de combustión que introduce el gas de combustión en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape separadamente del gas del escape procedente de la turbina a gas MT (véase la Fig. 1), y una válvula selectora V0 de tres vías.

El aparato auxiliar de combustión 50 puede generar gas de combustión dotado sustancialmente de la misma temperatura y volumen que el gas del escape procedente de la turbina a gas MT, y puede emplearse, por ejemplo, un quemador de gas de presión atmosférica. Además, la válvula selectora V0 de tres vías cambia entre la introducción del gas del escape procedente de la turbina a gas MT al intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape y la alimentación del gas de combustión procedente del dispositivo auxiliar de combustión 50, y el dispositivo auxiliar de combustión 50 se coloca en la tubería de entrada del gas de escape 20 entre la turbina a gas MT y el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del gas del escape.

A continuación, se explicará el mecanismo de la recuperación del calor del escape mediante el sistema de recuperación del calor del escape formado tal como se ha descrito anteriormente.

En primer lugar, el gas del escape descargado desde la turbina a gas MT se introduce en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape a través de la tubería de entrada del gas del escape 20; el gas del escape calienta el medio de calentamiento efectuando intercambio de calor con el medio de calentamiento que fluye por el sistema de transporte del medio de calentamiento, y subsiguientemente el gas del escape se descarga desde la torre de gases de escape 21.

Además, cuando se dan problemas en el generador eléctrico, durante las paradas del generador eléctrico, o cosas semejantes, el dispositivo auxiliar de combustión 50 se pone en marcha con una temporización predeterminada. El gas de escape generado por el dispositivo auxiliar de combustión 50 es introducido en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape mediante la válvula selectora V0 de tres vías separadamente del gas del escape procedente de la turbina a gas MT. En ese momento, por ejemplo, aparte del gas del escape procedente del generador eléctrico, o en vez de este gas del escape, se introduce el gas de la combustión en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape, y la temperatura del medio de calentamiento es mantenida de forma estable al calentar el medio de calentamiento.

El medio de calentamiento calentado en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape fluye por el sistema de transporte del medio de calentamiento debido a la acción de la bomba P1, y circula y se emplea como medio de calentamiento para una instalación predeterminada tal como el aire acondicionado. Además, después de que el medio de calentamiento haya vuelto de la instalación predeterminada 12, y se haya almacenado temporalmente en el depósito de almacenamiento de calor 13, vuelve a introducirse en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape.

A continuación, se explicará el flujo del proceso mientras se encuentra en funcionamiento el sistema de recuperación del calor del escape descrito anteriormente haciendo referencia a la Fig. 12.

El estado inicial de cada una de las partes del sistema de recuperación del calor del escape antes de la operatoria es: la válvula de control V1, desviando el gas del escape; la válvula selectora V2 de tres vías, desviando el medio de calentamiento; y la válvula electromagnética V3, cerrada.

Cuando se pone en marcha el sistema de recuperación del calor del escape a partir de este estado, en el paso 200 se determina si la temperatura del gas del escape es superior o no a los 200ºC basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC1. Además, en el caso de que la temperatura del gas del escape sea inferior a 200ºC se considera que la turbina a gas MT no está en funcionamiento, y en el paso 201 el dispositivo auxiliar de combustión se pone en marcha, la válvula selectora V0 se abre del lado del dispositivo auxiliar de combustión 50, y, en lugar del gas del escape procedente de la turbina a gas MT, se introduce el gas de combustión procedente del dispositivo auxiliar de combustión 50 en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape.

Acto seguido, en el paso 200, cuando la temperatura del gas del escape es igual o superior a los 200ºC, se considera que la turbina a gas MT se encuentra en funcionamiento, y en el paso 202 se detiene el dispositivo auxiliar de combustión 50, se abre la válvula selectora V0 de tres vías del lado del intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape, y el gas del escape procedente de la turbina a gas MT se mete en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape. Después, en el paso 203, el estado de cada una de las partes del sistema de recuperación del calor del escape se pone así: la válvula de control V1, control proporcional; la válvula selectora V2 de tres vías, metiendo el medio de calentamiento en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape; la válvula electromagnética V3, abierta; y la bomba P1, en funcionamiento. De forma subsiguiente, se ejecuta el proceso de control del sistema de recuperación del calor del escape.

En el proceso de control del sistema de recuperación del calor del escape se ejecutan pasos idénticos a los del primer ejemplo de realización que se ha descrito. De manera específica, en primer lugar, en el paso 210, cuando la temperatura del medio de calentamiento después de que la recuperación del calor del escape alcance una temperatura fijada deseada, de 90ºC, por ejemplo, basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC2, la válvula de control V1 se controla de manera proporcional. El control proporcional de esta válvula de control V1 es continuo mientras la temperatura del medio de calentamiento sea inferior a 98ºC, basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC2.

Además, en el paso 211, cuando la temperatura del medio de calentamiento es igual a 98ºC o superior, basándose en los resultados detectados del sensor de temperatura TC2, el proceso prosigue hasta el paso 212, la válvula de control V1 cambia a desviar el gas del escape o el gas de la combustión, y la válvula selectora V2 de tres vías cambia a desviar el medio de calentamiento. Cuando se ha confirmado en el paso 213 que la temperatura del medio de calentamiento se ha mantenido igual o superior a 100ºC durante dos minutos o más, en el paso 214, el estado de cada una de las partes del sistema de recuperación del calor del escape cambia a situaciones idénticas a las situaciones iniciales, y en el paso 215 se emite un aviso de que "el funcionamiento de la válvula de control V1 es defectuoso/recuperación del calor detenida".

Acto seguido, en el paso 213, en el caso de que la temperatura del medio de calentamiento se haya mantenido en un estado igual o superior a los 100ºC durante dos minutos o más, en el paso 216 se determina si la temperatura del medio de calentamiento es inferior o no a los 98ºC. Si es inferior a los 98ºC, entonces en el paso 217 la válvula de control V1 cambia a control proporcional, la válvula selectora V2 de tres vías cambia a meter el medio de calentamiento en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape, y el proceso vuelve al paso 210. Además, en el paso 216, cuando la temperatura del medio de calentamiento es superior a los 98ºC, el proceso vuelve al paso 212, y se repiten los pasos del 212 al 216. Además, en este proceso de control del sistema de recuperación del calor del escape, la configuración de cada una de las temperaturas y de los tiempos descritos anteriormente puede cambiarse de manera arbitraria dentro de una gama predeterminada.

De esta manera, en el sistema de recuperación del calor del escape del ejemplo presente, mientras esté detenida la turbina a gas MT (generador de energía), en vez del gas de escape generado por la turbina a gas MT, se mete gas de combustión en el intercambiador de calor HEX1 para la recuperación del calor del escape, y se calienta el medio de calentamiento. De este modo, por ejemplo, aunque esté parado el generador eléctrico durante el tiempo en que son bajas las tarifas de la electricidad, al utilizar este sistema de recuperación del calor del escape se hace posible el funcionamiento de las instalaciones predeterminadas. O sea, se posibilita el funcionamiento continuo con eficiencia en el costo.

Además, en el sistema de recuperación del calor del escape de la presente invención, resulta preferible emplear un refrigerador de tipo absorción (Genelink) que efectúa la refrigeración mediante un ciclo de enfriamiento de tipo absorción a modo de instalación predeterminada que hace circular y emplea el medio de calentamiento. Como se ha descrito con anterioridad, el sistema de recuperación del calor del escape de la presente invención calienta el medio de calentamiento hasta una temperatura cercana al punto de ebullición, y este estado de temperatura elevada puede ser mantenido de manera estable. Además, resulta posible que pueda hacérselo funcionar de manera continua con eficiencia de costo. De esta manera, en un dispositivo de refrigeración de tipo absorción, al hacer circular y emplear el medio de calentamiento procedente del sistema de recuperación del calor del escape de la presente invención, se hace posible reducir mucho los costos de combustible, y, a la vez, se hace posible mejorar la eficiencia global del empleo de la energía calórica.

Más arriba se explicaron ejemplos de realización de la presente invención haciendo referencia a las figuras, pero, por supuesto, la presente invención no está limitada por estos ejemplos. Las formas, disposiciones y cosas semejantes de cada una de las partes estructurales mostradas en los ejemplos descritos más arriba son ejemplos, y pueden hacerse diversas modificaciones basadas en requerimientos de diseño y cosas semejantes dentro del ámbito de la presente invención tal como queda descrita en las
reivindicaciones.

Aplicabilidad industrial

En el sistema de recuperación del calor del escape en conformidad con la presente invención, al tener un depósito de tipo al aire libre, el medio de calentamiento se calienta hasta una temperatura elevada, y puede mantenerse de manera estable el estado de temperatura elevada. Por lo tanto, pueden lograrse una reducción de costes y una mejora en la eficiencia energética.

Claims (8)

1. Un sistema de recuperación del calor del escape (10) consistente en un medio de calentamiento, un intercambiador de calor (HEX1) para la recuperación del calor del escape que caliente el referido medio de calentamiento efectuando intercambio de calor entre un gas de escape generado por un generador de energía eléctrica y el referido medio de calentamiento al que se hace circular, un depósito (13) colocado por debajo del referido intercambiador de calor (HEX1) para la recuperación del calor del escape, que almacena temporalmente el referido medio de calentamiento, y una tubería al aire libre (41) que libera el contenido del referido depósito (13).

2. Un sistema de recuperación del calor del escape (10), en conformidad con la reivindicación 1, en el que un extremo de la referida tubería al aire libre (41) está conectado al referido depósito (13), y en el que el otro extremo está conectado a un recorrido del flujo (21) del referido gas del escape.

3. Un sistema de recuperación del calor del escape (10), en conformidad con la reivindicación 1, en el que un condensador (42) que condensa el vapor del referido medio de calentamiento que se evapora del referido depósito (13) está provisto en la referida tubería al aire libre (41).

4. Un sistema de recuperación del calor del escape (10), en conformidad con la reivindicación 3, en el que el referido condensador (42) esté colocado de modo que un recorrido del flujo en un lado de la atmósfera esté más elevado que un recorrido del flujo del lado del referido depósito (13).

5. Un sistema de recuperación del calor del escape, en conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 4, en el que flote una tapa (43) que incluya material de aislamiento (43a) en el referido medio de calentamiento dentro del referido depósito (13).

6. Un sistema de recuperación del calor del escape (10), en conformidad con la reivindicación 5, en el que hay una pieza que impide el bloqueo (43d) que evita el bloqueo de la referida tubería al aire libre (41) que acompaña el movimiento de la referida tapa (43).

7. Un sistema de recuperación del calor del escape (10), en conformidad con la reivindicación 5, en el que hay, en la cara inferior de la referida tapa (43), una pieza que evita el vuelco (43e) que evita el volcado de la referida tapa (43) y que quede boca abajo.

8. Un sistema de recuperación del calor del escape (10), en conformidad con la reivindicación 5, en el que hay, entre una pared interna del referido depósito (13) y la referida tapa (43), un espacio de separación (44) para limitar el movimiento brusco de la referida tapa (43) que acompaña una liberación de vapor del referido medio de calentamiento.