ES2314149T3

ES2314149T3 - Aparato de refrigeracion o bomba de calor por absorcion de multiples etapas y utilizacion de dicho aparato en un sistema de conversion de energia.

Info

Publication number: ES2314149T3
Application number: ES03018851T
Authority: ES
Inventors: Christoph Kren; Christian Dr. Rer. Nat. Schweigler; Franz Storkenmaier
Original assignee: ZAE Bayern Bayerisches Zentrum fuer Angewandte Energieforschung eV
Current assignee: ZAE Bayern Bayerisches Zentrum fuer Angewandte Energieforschung eV
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2009-03-16
Anticipated expiration: 2023-08-19
Also published as: DE50312855D1; EP1391665A3; EP1970647A3; ES2347728T3; EP1391665B1; ATE472709T1; EP1391665A2; EP1970647A2; EP1970647B1; ATE410648T1; DE50310598D1; DE10237850A1

Abstract

Sistema de conversión de energía con al menos - una máquina frigorífica de absorción o una bomba de calor de absorción, y - un dispositivo de acoplamiento termo-energético, es particular un motor de combustión interna, una turbina de gas o un sistema de pila de combustible, provisto de al menos un circuito refrigerante del motor y un conducto de escape para disipar el gas de escape caldeado, - en el que la máquina frigorífica de absorción o la bomba de calor de absorción comprende: -- al menos un primer condensador (K1) para fluidificar agente refrigerante, -- un evaporador (V) para generar frío útil o para absorber calor del entorno, -- un absorbedor (A) para absorber refrigerante en el absorbente, * al menos un generador de presión media (G1) para expulsar refrigerante del absorbente a un nivel de temperatura media, * un generador de alta temperatura (G2) para introducir calor de impulsión a la temperatura más elevada a fin de expulsar refrigerante del absorbente, * un segundo condensador (K2; KG1-K, K2WQ-K) para fluidificar vapor del refrigerante, * un circuito de absorbente (SK) para la circulación continua o discontinua del absorbente entre el absorbedor (A), al menos un generador de presión media (G1; KG1-G) y el generador de alta presión (G2), y * un primer dispositivo térmico de acoplamiento (2) para transmitir el calor procedente del segundo condensador (K2; KG1-K, K2WQ-K) como calor de impulsión al (como mínimo uno) generador de presión media (G1; KG1-G), y * un segundo dispositivo térmico de acoplamiento (4) para introducir calor de impulsión adicional (WQ, WQa, WQb, WQc) a un nivel de temperatura media en el primer dispositivo térmico de acoplamiento y con ello en el generador de presión media (G1; KG1-G), * en el que el conducto de escape, que viene del dispositivo de acoplamiento termo-energético, en primer lugar se guía a través del segundo generador (G2) para el acoplamiento de calor de impulsión, y * en el que al menos uno de los circuitos del refrigerante del motor introduce cantidades de calor de impulsión adicionales en el segundo dispositivo térmico de acoplamiento.

Description

Aparato de refrigeración o bomba de calor por absorción de múltiples etapas y utilización de dicho aparato en un sistema de conversión de energía.

La presente invención se refiere a un sistema de conversión de energía provisto de una máquina frigorífica de absorción de varias etapas (AKM) o de una bomba de calor de absorción (AWP) según la reivindicación 1.

En máquinas frigoríficas de absorción y en bombas de calor de absorción, el rendimiento térmico (COP) que se desea alcanzar, cociente entre el frío útil y el calor de impulsión, o entre la calor útil y el calor de impulsión, así como el nivel de temperatura en el que puede acoplarse el calor de impulsión, depende en primer lugar del número de etapas existente en el circuito de absorción empleado. Por regla general, las máquinas de absorción actuales de etapa única (los equipos denominados "Single-Effect") presentan un rendimiento térmico menor que las máquinas de doble etapa realizables (los equipos denominados "Double-Effect"), y por otra parte para las mismas condiciones de aplicación en las máquinas de etapa única puede utilizarse calor de impulsión a una temperatura menor que en las máquinas de doble etapa. En comparación con las máquinas de doble etapa, con las máquinas de absorción de triple etapa y que actualmente se encuentran en fase de desarrollo (los equipos denominados "Triple-Effect"), se pretende alcanzar un rendimiento térmico todavía mayor al mismo tiempo que se incremente la temperatura del calor de impulsión.

Sin embargo, en muchas aplicaciones técnicas relevantes están a disposición distintas fuentes de calor a distintos niveles de temperatura y/o fuentes de calor a niveles de temperatura móviles a fin de impulsar las máquinas de absorción, y en este caso la relación de las cantidades de calor en los distintos niveles de temperatura puede depender de las condiciones de explotación en cuestión. En este documento se muestra a título de ejemplo el acoplamiento a una máquina frigorífica de absorción con un motor de combustión interna, de modo que por una parte el calor de escape del motor se acumula en el circuito del líquido refrigerante del motor a una temperatura menor y por otra parte se acumula en forma de gas de escape a un nivel de temperatura móvil. Se podrían citar ejemplos adicionales, como pilas de combustible de alta temperatura, para las que el calor de escape del gas de combustión se acumula a un nivel de temperatura móvil, o incluso sistemas de climatización basados en energía solar, para los que se dispone tanto de calor de impulsión solar a un nivel de temperatura reducido, como de calor de impulsión procedente de una combustión adicional a un nivel más alto o móvil de temperatura.

En todos los casos mencionados solamente es posible alcanzar el mayor rendimiento térmico posible si se pueden acoplar los calores de impulsión simultáneamente en diversas máquinas de absorción de distintas etapas o bien en diversas etapas de una máquina diseñada adecuadamente. El empleo simultáneo de diversas máquinas de absorción se presenta como desfavorable, puesto que al utilizar varias máquinas se incrementa los costes. Asimismo, el procedimiento conocido actualmente de acoplamiento multietápico del calor de impulsión en un circuito de absorción adolece de diversos inconvenientes. En particular, para las máquinas de absorción corrientes disponibles actualmente, no es posible acoplar en la misma máquina fuentes de calor de impulsión a distintos niveles de temperatura y con cocientes distintos con poco esfuerzo y sin tener que intervenir en el circuito de disolvente interno para realizar modificaciones o ampliaciones.

El documento US-A 443999 da a conocer un sistema de conversión de energía provisto de una máquina frigorífica de absorción de varias etapas, para el que el calor de escape procedente del conducto de escape de un motor de combustión interna se acopla al generador de alta temperatura, y para el que el calor de escape de un circuito de un medio auxiliar refrigerante del motor se acopla al segundo generador. El medio activo en forma de gas producido en el generador de alta temperatura se guía a través de una tubería hacia el condensador y se condensa. A este respecto, la mencionada tubería circula a través del generador de presión media, de modo que el medio activo en forma de gas cede calor a dicho generador como calor de impulsión.

Por este motivo, el objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema de conversión de energía provisto de una AKM/AWP de varias etapas y un dispositivo de acoplamiento termo-energético, de modo que se pueda acoplar eficaz y económicamente el calor de escape procedente de dicho dispositivo de acoplamiento termo-energético a la AKM/AWP de varias etapas.

Para la consecución de dicho objetivo se emplearán las características de las reivindicaciones 1 a 10.

Toda máquina de absorción de varias etapas comprende al menos un generador de alta presión, en el que se expulsa medio refrigerante a partir del medio absorbente a la temperatura más elevada existente en la máquina, y al menos un generador de presión media, en el que también se expulsa medio refrigerante a partir del medio absorbente, de modo que se calienta el generador de presión media con el calor de condensación del vapor del agente refrigerante expulsado en el generador de alta presión. Dicha transmisión de calor se realiza mediante un primer dispositivo térmico de acoplamiento. En las máquinas actuales, ello se realiza disminuyendo la temperatura del vapor del agente refrigerante expulsado en el generador de alta presión directamente en el lado de impulsión o lado del condensador del generador de presión media y condensándolo, de modo que técnicamente el aparato correspondiente con el generador de presión media es idéntico al condensador del agente refrigerante a la presión más elevada existente.

Mediante un segundo dispositivo de acoplamiento térmico se acopla calor de impulsión adicional a temperatura media o varias cantidades de calor de impulsión a distintos niveles de temperatura media al primer dispositivo térmico de acoplamiento. De este modo se realiza el acoplamiento del calor de impulsión adicional mediante el vapor del agente refrigerante en el generador de presión media sin que sea preciso realizar modificaciones en el lado del disolvente en uno de los intercambiadores de calor, o sin que sea preciso dividir en partes prefijadas la superficie del intercambiador de calor del generador de presión media en el lado de impulsión.

Conforme a un diseño preferido de la presente invención, se acopla calor a temperatura reducida al generador de presión media mediante uno o varios generadores de vapor. En este proceso se conduce vapor de caldeo generado adicionalmente mediante fuentes de calor externas junto con vapor del agente refrigerante procedente del generador de alta presión al lado del condensador del generador de presión media y en dicho lugar se condensa. A este respecto, indicar que antes del guiado se puede reunir en un conducto común el vapor del agente refrigerante procedente del generador de alta presión y el vapor de caldeo generado adicionalmente.

Conforme a un diseño adicional alternativo de la presente invención, se acopla todo el calor en el generador de presión media mediante un circuito intermedio portador de calor común, para lo que se condensa el vapor del agente refrigerante procedente del generador de alta presión en un condensador de alta presión adicional, que acopla el calor de condensación en dicho circuito portador de calor. Las fuentes de calor adicionales, que deben acoplarse en el generador de presión media, se acoplan asimismo en dicho circuito portador de calor, que a continuación calienta el generador de presión media en el lado de impulsión.

Desde el punto de vista de tecnología de fabricación de equipos, alternativamente es posible agrupar todos los acoplamientos de calor en el circuito portador de calor, inclusive de la condensación del medio refrigerante, en un único intercambiador de calor combinado, que dispone de varios circuitos primarios separados y un circuito secundario común.

Mediante la combinación de una AKM/AWP del tipo mencionado y un dispositivo de acoplamiento termo-energético, especialmente en forma de motor de combustión interna, turbina de gas o sistema de pila de combustible, se realiza un sistema de transformación de energía eficaz.

Las reivindicaciones subordinadas se refieren a diseños ventajosos de la presente invención.

A partir de la siguiente descripción de formas de realización preferidas y mediante los dibujos correspondientes se ponen de manifiesto detalles, características y ventajas adicionales de la presente invención. Se representan en las figuras siguientes:

En la figura 1 se representa una primera forma de realización de una máquina frigorífica de absorción de varias etapas con acoplamiento adicional de calor a temperatura intermedia mediante un generador de vapor.

En las figuras 2 y 3 se representan variantes de la forma de realización de la figura 1.

En la figura 4 se representa un sistema de conversión de energía, en forma de acoplamiento a una máquina frigorífica de absorción de varias etapas, con acoplamiento adicional de calor a temperatura intermedia mediante un generador de vapor conforme a la figura 1, con un motor de combustión interna.

En la figura 5 se representa un sistema de conversión de energía, en forma de acoplamiento a una máquina frigorífica de absorción de varias etapas, con acoplamiento adicional de calor a temperatura intermedia mediante un generador de vapor conforme a la figura 1, con un sistema térmico solar y a una combustión adicional.

En la figura 6 se representa una segunda forma de realización de una máquina frigorífica de absorción de varias etapas con acoplamiento adicional de calor a temperatura intermedia mediante un circuito portador de calor interno conectado en serie.

En las figuras 7 a 14 se representan variantes de la forma de realización de la figura 6.

En la figura 15 se representa una tercera forma de realización de una máquina frigorífica de absorción de varias etapas con acoplamiento adicional de calor a temperatura intermedia mediante un circuito portador de calor interno conectado en paralelo.

En las figuras 16 y 17 se representan variantes de la forma de realización de la figura 15.

En la figura 18 se representa una cuarta forma de realización de una máquina frigorífica de absorción de varias etapas con acoplamiento adicional de calor a temperatura intermedia mediante un circuito portador de calor interno y una combinación de condensador/intercambiador de calor de acoplamiento.

En la figura 19 se representa un sistema de conversión de energía, en forma de acoplamiento a una máquina frigorífica de absorción de varias etapas, con acoplamiento adicional de calor a temperatura intermedia mediante un circuito portador de calor interno y una combinación de condensador/intercambiador de calor de acoplamiento conforme a la figura 18, con un motor de combustión interna (acoplamiento indirecto al circuito del líquido refrigerante del motor).

En la figura 20 se representa un sistema de conversión de energía, en forma de acoplamiento a una máquina frigorífica de absorción de varias etapas, con acoplamiento adicional de calor a temperatura intermedia mediante un circuito portador de calor interno y una combinación de condensador/intercambiador de calor de acoplamiento conforme a la figura 18, con un sistema térmico solar y una combustión adicional (acoplamiento indirecto al circuito portador de calor solar).

En la figura 21 se representa un sistema de conversión de energía, en forma de acoplamiento a una máquina frigorífica de absorción de varias etapas, con acoplamiento adicional de calor a temperatura intermedia mediante un circuito portador de calor interno y una combinación de condensador/intercambiador de calor de acoplamiento conforme a la figura 18, con un motor de combustión interna (acoplamiento directo al circuito del líquido refrigerante del motor).

En la figura 22 se representa un sistema de conversión de energía, en forma de acoplamiento a una máquina frigorífica de absorción de varias etapas, con acoplamiento adicional de calor a temperatura intermedia mediante un circuito portador de calor interno y una combinación de condensador/intercambiador de calor de acoplamiento conforme a la figura 18, con un sistema térmico solar y a una combustión adicional (acoplamiento directo al circuito portador de calor solar).

En la figura 23 se representa un sistema de conversión de energía, en forma de acoplamiento a una máquina frigorífica de absorción de varias etapas y una pila de combustible BHKW mediante circuitos portadores de calor intermedios.

Y en la figura 24 se representa un sistema de transformación de energía, en forma de acoplamiento a una máquina frigorífica de absorción de varias etapas y un motor BHKW mediante circuitos portadores de calor intermedios.

Los sistemas de conversión de energía descritos en las figuras 5, 20 y 22 no son objeto de la presente invención y únicamente sirven para facilitar su explicación.

En la figura 1 se representa una primera forma de realización de una máquina frigorífica de absorción de varias etapas o de una bomba de calor de absorción (AKM/AWP) con acoplamiento adicional de calor a temperatura intermedia mediante un generador de vapor WQ. La AKM/AWP comprende un evaporador V, un absorbedor A, un generador de presión media K1, un condensador/generador KG1 y un generador de alta presión G2. El condensador/generador KG1 representa una combinación de un condensador y de un generador, con el lado del condensador KG1-K, que cede calor, y el lado del generador KG1-G, que recibe calor. El absorbedor A, el lado del generador KG1-G del condensador/generador KG1 y el generador de alta presión G2 están unidos entre sí mediante el circuito de absorbente SK. Dicho circuito de absorbente puede diseñarse para circulación continua de líquido absorbente, o bien para circulación discontinua con un absorbente sólido. Para un absorbente sólido, el absorbedor A, el lado del generador KG1-G y el generador de alta presión G2 se fabrican como componentes separados que trabajan alternativamente como absorbedor o generador.

El evaporador V está conectado con el absorbedor mediante un primer conducto de vapor DL1. El generador de presión media K1 está conectado con el evaporador mediante un primer conducto de condensación KL1. El lado del generador KG1-G del condensador/generador KG1 está conectado con el generador de presión media K1 mediante un segundo conducto de vapor DL2. El lado del condensador KG1-K del condensador/generador KG1 está conectado con el generador de presión media K1 y el evaporador V mediante segundos conductos de evaporación KL2a y KL2b, respectivamente. El generador de alta presión G2 está conectado con el lado del condensador KG1-K mediante un tercer conducto de vapor DL3. El generador de vapor WQ está conectado con el lado del condensador KG1-K mediante un cuarto conducto de vapor DL4 y un tercer conducto de condensación KL3.

Absorbiendo calor del entorno Qo, en el evaporador V se evapora el líquido refrigerante guiado a través del primer y segundo conducto de condensación KL1 y KL2b, respectivamente y de este modo se genera frío útil. El vapor del refrigerante se guía hasta el absorbedor A a través del primer conductor de vapor DL1. En el absorbedor A un absorbente absorbe vapor del refrigerante, liberándose calor Q11 (calor de escape en caso de una AKM, calor útil en el caso de una AWP). Absorbiendo calor a alta temperatura Q21, en el generador de alta presión se expulsa vapor del refrigerante procedente del medio absorbente del circuito de absorbente SK. El vapor del refrigerante se guía a través del tercer conducto de vapor al lado de condensación KG1-K, dónde se condensa. El calor de condensación liberado se emplea directamente como calor de impulsión en el lado del generador KG1-G. La integración constructiva del condensador y del generador en el condensador/generador KG1 y el guiado directo del vapor del refrigerante a través del tercer conducto de vapor DL3 representa un primer dispositivo de acoplamiento 2.

Al menos una de las cantidades adicionales de calor Q22 a Q2n se guía hasta el primario del generador de vapor WQ y de este modo se genera vapor del refrigerante. Dicho vapor del refrigerante adicional se guía hacia el lado del condensador KG1-G a través del cuarto conducto de vapor DL4, en dicho lugar se condensa liberándose calor de impulsión adicional y a continuación el condensado se conduce de vuelta al generador de vapor a través del tercer conducto de condensación KL3. Dicho acoplamiento de cantidades de calor de impulsión Q21 ... Q2n adicionales a través del generador de vapor WQ en el lado del condensador KG1-K representa un segundo dispositivo de acoplamiento
4.

En las figuras 2 y 3 se representan dos variantes de la forma de realización de la figura 1, en las que solamente está previsto un segundo conducto de condensación KL2a o KL2b, respectivamente. La variante conforme a la figura 2 es ventajosa, puesto que se previene las pérdidas por estrangulación mediante estrangulación de dos etapas. En el condensador de presión media K1 se puede disipar una parte del calor de recalentamiento del condensado del refrigerante del lado del condensador KG1-K hacia el entorno, en relación con el equilibrio en el evaporador V. Por el contrario, si la conducción hacia el evaporador es directa (figura 3), se reduce la potencia frigorífica.

En la figura 4 se representa un sistema de conversión de energía, diseñado como una combinación de una AKM/
AWP conforme a las figuras 1 a 3 y con un motor de combustión interna 12. A través de un conducto de escape 14 se guía gas de escape caldeado del motor hacia el generador de alta presión G2 de la AKM/AWP 10 para el acoplamiento del calor de impulsión Q21. A continuación, el gas de escape del motor, parcialmente enfriado, se guía hacia el generador de vapor WQ para el acoplamiento de una primera cantidad de calor de impulsión Q22 adicional a temperatura media. A través de un circuito refrigerante del motor 16, se acumula calor de escape del motor y se acopla en el generador de vapor WQ a temperatura media como una segunda cantidad de calor de impulsión Q23 adicio-
nal.

En la figura 5 se representa un sistema de conversión de energía, diseñado como una combinación de una AKM/
AWP 10 conforme a las figuras 1 a 3, con un sistema térmico solar 20 y una combustión adicional 22. Para el acoplamiento del calor de impulsión Q21, se guía gas de combustión caldeado procedente del combustible adicional 22 a través del conducto de gas de combustión 24, en primer lugar hacia el generador de alta presión G2 de la AKM/AWP 10. A continuación, el gas de combustión, parcialmente enfriado, se guía hacia el generador de vapor WQ para el acoplamiento de una primera cantidad de calor de impulsión Q21 adicional a temperatura media. A través de un circuito portador de calor 26 de tipo solar se acopla calor de energía solar procedente del sistema de energía solar 20 como una segunda cantidad de calor de impulsión Q23 adicional en el generador de vapor WQ a temperatura media. El sistema de energía solar 20 se representa en la figura 5 de modo sólo esquemático. Es posible emplear los sistemas de calefacción por energía solar convencionales con o sin acumuladores térmicos integrados.

Desde el punto de vista de fabricación, los componentes incluidos en los rectángulos de trazos rayados de las figuras 4 y 5 pueden integrarse en una AKM/AWP, pueden diseñarse como dispositivos externos o bien pueden añadirse posteriormente a una AKM/AWP existente.

En las figuras 6 a 14 se representa una segunda forma de realización de una máquina frigorífica de absorción o de una bomba de calor de absorción (AKM/AWP) de varias etapas con acoplamiento adicional de calor a temperatura intermedia mediante un circuito portador de calor interno WTK conectado en serie, así como variantes de diseño. La diferencia principal entre dicha segunda forma de realización y la primera es que se prevé disponer un condensador de alta presión K2 y un condensador de presión media G1 independientes constructivamente, en lugar de la combinación condensador/generador, aunque térmicamente estén conectados a través del circuito portador de calor interno WTK. Dicho circuito interno portador de calor representa el primer dispositivo de acoplamiento térmico. Las cantidades de calor de impulsión adicionales Q22 ... Q2n se acoplan al circuito portador de calor WTK mediante el segundo dispositivo de acoplamiento térmico en forma de intercambiadores de calor de acoplamiento WQa y WQb.

A este respecto, lo ventajoso es que mediante el acoplamiento de las cantidades de calor de impulsión adicionales en el circuito interno portador de calor WTK, el volumen de las piezas de la instalación, que deben fabricarse estancas al vacío, es menor. De este modo resulta un esfuerzo menor, desde el punto de vista de fabricación de equipos, en comparación con la concentración de flujos de vapor conforme a las formas de realización de las figuras 1 a 3, en las que los intercambiadores de calor, para el acoplamiento de las cantidades de calor de impulsión adicionales Q22 ... Q2n, también deben fabricarse estancos al vacío.

En la segunda forma de realización, conforme a la figura 6, se acopla el calor de impulsión adicional Q22 en el circuito interno portador de calor WTK, en el sentido de circulación entre el condensador de alta presión K2 y el generador de presión media G1, a través del intercambiador de calor de acoplamiento WQa. Asimismo, se acopla el calor de impulsión adicional Q23 en el sentido de circulación entre el generador de presión media G1 y el condensador de alta presión K2 a través del intercambiador de calor de acoplamiento WQb.

En las figuras 7 y 8 se representan dos variantes de la forma de realización de la figura 6, en las que solamente está previsto un conducto de condensación KL2a o KL2b, respectivamente. La variante conforme a la figura 7 es ventajosa, puesto que se previene las pérdidas por estrangulación mediante estrangulación de dos etapas. En el condensador de presión media K1 se puede disipar hacia el entorno una parte del calor de recalentamiento del condensado del refrigerante procedente del condensador de alta presión K2, en relación con el equilibrio en el evaporador V. Por el contrario, si la conducción hacia el evaporador es directa (figura 8), se reduce la potencia frigorífica.

Las variantes de las figuras 9 a 14 difieren de las formas de realización de las figuras 6 a 8 solamente en que se prevé disponer un único intercambiador de calor de acoplamiento WQa o WQb.

En las figuras 15 a 17 se representa una tercera forma de realización con variantes de diseño. En dicha forma de realización se prevé disponer un intercambiador de calor de acoplamiento WQc, conectado en el circuito interno portador de calor WTK, en paralelo con el condensador de alta presión K2 y con el generador de presión media G1.

Las variantes conforme a las figuras 6 a 14 pueden asimismo combinarse con las variantes conforme a las figuras 15 a 17.

En la cuarta forma de realización de la presente invención según la figura 18 está previsto disponer un componente de acoplamiento común K2WQ, con el lado del condensador K2WQ-K y un intercambiador de calor de acoplamiento K2WQ-WQ, para el acoplamiento de al menos una calor de impulsión adicional Q22 Q2n, en lugar de disponer dos componentes: un condensador de alta presión K2 y un intercambiador de calor de acoplamiento WQa, WQb, WQc. El vapor del refrigerante generado en el generador de alta presión G2 se hace circular a través del tercer conducto de vapor DL3 hacia el lado del condensador K2WQ-K. El condensado procedente del lado del condensador K2WQ-K puede conducirse al generador de presión media K1 y/o al evaporador V a través del segundo conducto de condensación KL2a y/o KL2b.

El control y la regulación de la AKM/AWP se efectúan mediante dispositivos de regulación, conmutación y estrangulación, no representados, en los conductos de condensado y vapor, así como en el interior del circuito de absorbente SK.

En la figura 19, del mismo modo que en la figura 4, se representa un sistema de conversión de energía, diseñado como una combinación de una AKM/AWP 10, especialmente conforme a la figura 18, con un motor de combustión interna 12. A través de un conducto de escape 14 se guía gas de escape caldeado del motor hacia el generador de alta presión G2 de la AKM/AWP 10 para el acoplamiento del calor de impulsión Q21. A continuación, el gas de escape del motor, parcialmente enfriado, se guía hacia el componente de acoplamiento K2WQ para el acoplamiento de una primera cantidad de calor de impulsión Q22 adicional a temperatura media. A través de un circuito refrigerante del motor 16 se acopla en el componente de acoplamiento K2WQ a temperatura media una segunda cantidad de calor de impulsión Q23 adicional. El componente de acoplamiento K2WQ se construye como un intercambiador de calor, que en el lado que absorbe calor en secciones separadas se encarga de condensar el agente refrigerante, enfriar gas de escape (calor Q22), refrigerar de retorno agente refrigerante del motor (calor Q23) y en el lado que desprende calor ceder dichas cantidades de calor al circuito interno portador de calor WTK. La diferencia entre dicha forma de realización de la presente invención y la forma de realización de la figura 4 radica en que se prevé el componente de acoplamiento K2WQ en lugar del generador de vapor WQ y en el estado físico del portador de calor para caldear el generador de presión media G1.

En la figura 20 se representa un sistema de conversión de energía, en forma de una combinación de una AKM/AWP 10, especialmente conforme a la figura 18, con un sistema térmico solar 20 y una combustión adicional 22. Para el acoplamiento del calor de impulsión Q21, se guía gas de combustión caldeado procedente del combustible adicional 22 a través del conducto de gas de combustión 24, en primer lugar hacia el generador de alta presión G2 de la AKM/AWP 10. A continuación, el gas de combustión, parcialmente enfriado, se guía hacia el componente de acoplamiento K2WQ para el acoplamiento de una primera cantidad de calor de impulsión Q22 adicional a temperatura media. A través de un circuito portador de calor 26 de tipo solar se acopla calor de energía solar procedente del sistema de energía solar 20 como una segunda cantidad de calor de impulsión Q23 adicional en el componente de acoplamiento K2WQ a temperatura media. El componente de acoplamiento K2WQ se construye como un intercambiador de calor, que en el lado que absorbe calor en secciones separadas se encarga de condensar el agente refrigerante, enfriar gas de escape (calor Q22), tomar calor del sistema de energía solar (calor Q23) y en el lado que desprende calor ceder dichas cantidades de calor al circuito interno portador de calor WTK. El sistema de energía solar 20 se representa en la figura 20 de modo sólo esquemático. Es posible emplear los sistemas de calefacción por energía solar convencionales con o sin acumuladores térmicos integrados.

Para el sistema de conversión de energía conforme a la figura 21, la diferencia con respecto a la forma de realización de la figura 19 solamente es que el circuito portador de calor del motor 26 y el circuito portador de calor WTK están agrupados en un mismo circuito. El agua de refrigeración caldeada procedente del motor de combustión interna 12 circula en primer lugar a través del lado que absorbe calor del componente de acoplamiento K2WQ, donde se recalienta de nuevo y circula a continuación a través del generador de presión media G1 de la AKM/AWP 10 para el acoplamiento del calor de condensación del condensador K2WQ-K y de las cantidades de calor adicionales Q22 y Q23.

Similarmente, para el sistema de conversión transformación de energía conforme a la figura 22, la diferencia con respecto a la forma de realización de la figura 20 solamente es que el circuito de energía solar portador de calor 26 y el circuito interno portador de calor WTK están agrupados en un mismo circuito. El elemento portador de calor, calentado en el sistema de energía solar 20, por ejemplo agua, circula en primer lugar a través del lado que absorbe calor del componente de acoplamiento K2WQ, donde se recalienta de nuevo y circula a continuación a través del generador de presión media G1 de la AKM/AWP 30 para el acoplamiento del calor de condensación del condensador K2WQ-K y de las cantidades de calor adicionales Q22 y Q23.

En la figura 23 se representa un sistema de conversión de energía en forma de una AKM/AWP 10 conforme a la presente invención y de un sistema de pila de combustible 30, con la posibilidad de acoplamiento de calor procedente del segundo dispositivo térmico de acoplamiento. A través de un conducto de gas de escape 32, se guía en primer lugar gas de escape caldeado procedente del sistema de pila de combustible 30 hacia el generador de alta presión G2 de la AKM/AWP 10 para el acoplamiento del calor de impulsión Q21. A continuación, el gas de escape del motor, parcialmente enfriado, se guía hacia el lado que absorbe calor del componente de acoplamiento K2WQ para el acoplamiento del calor de impulsión Q22 adicional a temperatura media. El calor de impulsión para el generador de presión media G1 y el calor para calefacción para un circuito de calefacción 34 externo se extraen del lado que cede calor del componente de acoplamiento K2WQ.

En la figura 24 se representa un sistema de conversión de energía combinando una AKM/AWP 10 conforme a la presente invención y un motor BHKW 40, de modo que la única diferencia esencial con respecto a la forma de realización de la figura 21 es que mediante un intercambiador de calor de desacoplamiento 42 adicionalmente se puede disipar calor útil del lado que cede calor del componente de acoplamiento K2WQ para un circuito de calefacción 34 externo.

La extracción de calor en el circuito para calefacción 34 mostrado en las formas de realización de las figuras 23 y 24 puede variarse como se desee. Incluso existe la posibilidad de servicio a carga parcial para generar frío, en el que simultáneamente casi toda la potencia del calor de escape del BHKW 40 en el circuito de calefacción está disponible para fines de calefacción. En dicho modo de funcionamiento, la expulsión de agente refrigerante procedente del absorbente sólo se puede llevar a cabo en la etapa superior del circuito de la AKM/AWP 10. El calor liberado en la condensación del agente refrigerante en el condensador de alta presión K2WQ-K de la etapa superior del circuito se conduce de nuevo al circuito portador de calor WTK y finalmente al circuito de calefacción 34, de modo que casi toda la potencia del calor de escape del grupo BHKW 40 está disponible para fines de calefacción y al mismo tiempo puede hacerse funcionar la instalación refrigeradora parcialmente (en un 25%).

Desde el punto de vista de fabricación, los componentes incluidos en los rectángulos de trazos rayados de las figuras 19 a 24 pueden integrarse en una AKM/AWP, pueden diseñarse como dispositivos externos o bien pueden añadirse posteriormente a una AKM/AWP existente.

Lista de referencias numéricas

K1: Condensador de presión media

K2: Condensador de alta presión

V: Evaporador

A: Absorbedor

G1: Generador de presión media

G2: Generador a la temperatura y presión más elevada

KG1: Condensador/generador, combinación de condensador y generador a temperatura media

KG1-K: Lado del condensador de KG1

KG1-G: Lado del generador de KG1

K2WQ: Componente de acoplamiento

K2WQ-WQ: Lado del intercambiador de calor de acoplamiento de K2WQ

K2WQ-K: Lado del condensador de K2WQ

WQ: Generador de vapor para el acoplamiento de uno o varios flujos de calor Q22 ... Q2n a temperatura intermedia

WQa, b, c: Intercambiador de calor de acoplamiento

WTK: Circuito interno portador de calor

SK: Circuito del absorbente para la circulación del absorbente entre los componentes A, G1 o KG1-G y G2

KLxx: Conductos de condensación

DLxx: Conductos de vapor

Q0: Frío útil o calor del entorno absorbida en aplicaciones como bomba de calor a la temperatura más baja

Q1x: Cesión de calor (calor de escape o calor útil en aplicaciones como bomba de calor) al segundo nivel más bajo de temperatura.

Q21: Calor de impulsión al nivel superior de temperatura

Q22... Q2n: Cantidades de calor de impulsión adicionales a temperatura intermedia

2: Primer dispositivo térmico de acoplamiento

4: Segundo dispositivo térmico de acoplamiento

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10: AKM/AWP

12: Motor de combustión interna

14: Conducto de escape

16: Circulación del agente refrigerante del motor

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20: Sistema de energía solar

22: Combustión adicional

24: Conducto de gas de combustión

26: Circuito portador de calor de energía solar

30: Sistema de pila de combustible

32: Conducta de gas de escape

34: Circuito de calefacción externo

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40: Motor BHKW

42: Intercambiador de calor de desacoplamiento

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Referencias citadas en la descripción

La lista de referencias citadas por el solicitante es sólo para comodidad del lector. No forma parte del documento de patente europea. Incluso aunque se ha dedicado un enorme tiempo para compilar las referencias, no puede excluirse algún error u omisión, y la OEP renuncia a cualquier responsabilidad a este respecto.

Documentos de patente citados en la descripción

\bullet US 443999 A [0005]

Claims

1. Sistema de conversión de energía con al menos

\sqbullet: una máquina frigorífica de absorción o una bomba de calor de absorción, y

\sqbullet: un dispositivo de acoplamiento termo-energético, es particular un motor de combustión interna, una turbina de gas o un sistema de pila de combustible, provisto de al menos un circuito refrigerante del motor y un conducto de escape para disipar el gas de escape caldeado,

\sqbullet: en el que la máquina frigorífica de absorción o la bomba de calor de absorción comprende:

\sqbullet: al menos un primer condensador (K1) para fluidificar agente refrigerante,

\sqbullet: un evaporador (V) para generar frío útil o para absorber calor del entorno,

\sqbullet: un absorbedor (A) para absorber refrigerante en el absorbente,

\bullet: al menos un generador de presión media (G1) para expulsar refrigerante del absorbente a un nivel de temperatura media,

\bullet: un generador de alta temperatura (G2) para introducir calor de impulsión a la temperatura más elevada a fin de expulsar refrigerante del absorbente,

\bullet: un segundo condensador (K2; KG1-K, K2WQ-K) para fluidificar vapor del refrigerante,

\bullet: un circuito de absorbente (SK) para la circulación continua o discontinua del absorbente entre el absorbedor (A), al menos un generador de presión media (G1; KG1-G) y el generador de alta presión (G2), y

\bullet: un primer dispositivo térmico de acoplamiento (2) para transmitir el calor procedente del segundo condensador (K2; KG1-K, K2WQ-K) como calor de impulsión al (como mínimo uno) generador de presión media (G1; KG1-G), y

\bullet: un segundo dispositivo térmico de acoplamiento (4) para introducir calor de impulsión adicional (WQ, WQa, WQb, WQc) a un nivel de temperatura media en el primer dispositivo térmico de acoplamiento y con ello en el generador de presión media (G1; KG1-G),

\bullet: en el que el conducto de escape, que viene del dispositivo de acoplamiento termo-energético, en primer lugar se guía a través del segundo generador (G2) para el acoplamiento de calor de impulsión, y

\bullet: en el que al menos uno de los circuitos del refrigerante del motor introduce cantidades de calor de impulsión adicionales en el segundo dispositivo térmico de acoplamiento.

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2. Sistema de conversión de energía según la reivindicación 1, caracterizado porque el conducto de escape del motor que viene del segundo generador (G2), con gas de escape parcialmente enfriado, introduce calor de impulsión adicional en el segundo dispositivo térmico de acoplamiento.

3. Sistema de conversión de energía según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque el primer dispositivo térmico de acoplamiento está diseñado de modo que se pueda desacoplar calor útil del mismo.

4. Sistema de conversión de energía según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

\sqbullet: el primer dispositivo térmico de acoplamiento se realiza mediante un condensador/generador (KG1) a un nivel de presión media, con un lado del condensador (KG1-K) para condensar vapor del refrigerante y un lado del generador (KG1-G) para expulsar vapor del refrigerante del absorbente,

\bullet: el generador (K1) está conectado con el evaporador (V) mediante un primer conducto de condensación (KL1),

\bullet: el lado del condensador (KG1-K) del condensador/generador (KG1) está conectado con el condensador (K1) a través del segundo conducto de condensación (KL2a) y/o con el evaporador (V) a través de un tercer conducto de evaporación (KL2b),

\bullet: el evaporador (V) está conectado con el absorbedor (A) a través de un primer conducto de vapor (DL1),

\sqbullet: el lado del generador (KG1-G) del condensador/generador (KG1) está conectado con el condensador (K1) a través de un segundo conducto de vapor (DL2),

\sqbullet: el generador de alta presión (G2) está conectado con el lado del condensador (KG1-K) del condensador/generador (KG1) a través de un tercer conducto de vapor (DL3),

\sqbullet: el segundo dispositivo térmico de acoplamiento se realiza mediante un evaporador, que es capaz de generar vapor del refrigerante gracias a calor de impulsión adicional, que se guía hasta el lado del condensador (KG1-K) del condensador/generador (KG1) a través de un cuarto conducto de vapor (DL4),

\sqbullet: el generador de vapor (WQ) está conectado con el lado del condensador (KG1-K) del condensador/genera- dor (KG1) a través de un cuarto conducto de condensación.

5. Sistema de conversión de energía según la reivindicación 4, caracterizado porque el tercer y cuarto conducto de vapor (DL3, DL4) se agrupan en un único conducto de vapor antes de la entrada en el lado del condensador (KG1-G) del condensador/generador (KG1).

6. Sistema de conversión de energía según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque

\bullet: el primer dispositivo térmico de acoplamiento está constituido por un circuito interno portador de calor (WTK) para transmitir el calor del segundo condensador (K2) como calor de impulsión al generador de presión media (G1),

\bullet: el segundo dispositivo térmico de acoplamiento está constituido por al menos un intercambiador de calor de acoplamiento (WQa, WQb, WQc) para la introducción de calor de impulsión adicional al circuito interno portador de calor,

\bullet: el primer condensador (K1) está conectado con el evaporador (V) mediante un primer conducto de condensación (KL1),

\bullet: el segundo condensador (K2) está conectado con el primer condensador (K1) a través del segundo conducto de condensación (KL2a) y/o con el evaporador (V) a través de un tercer conducto de evaporación (KL2b),

\sqbullet: el generador de presión media (G1) está conectado con el primer condensador (K1) a través de un segundo conducto de vapor (DL2),

\sqbullet: el generador de alta presión (G2) está conectado con el segundo condensador (K2) a través de un tercer conducto de vapor (DL3).

7. Sistema de conversión de energía según la reivindicación 6, caracterizado porque un primer intercambiador de calor de acoplamiento (WQa) introduce calor de impulsión adicional en el flujo portador de calor del circuito portador de calor (WTK), dicho flujo circulando del segundo condensador (K2) al generador de presión media (G1), y/o porque un segundo intercambiador de calor de acoplamiento (WQb) introduce calor de impulsión adicional en el flujo portador de calor del circuito portador de calor (WTK), dicho flujo circulando del generador de presión media (G1) al segundo condensador (K2).

8. Sistema de conversión de energía según la reivindicación 6, caracterizado porque al menos un intercambiador de calor de acoplamiento (WQc) está conectado en paralelo con el segundo condensador (K2) en el circuito portador de calor (WTK), para la introducción de calor de impulsión adicional.

9. Sistema de conversión de energía según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque al menos el segundo generador (G2) y el segundo condensador (K2) están integrados desde el punto de vista técnico de ingeniería en un componente.

10. Sistema de conversión de energía según la reivindicación 6, caracterizado porque el segundo condensador (K2WQ-K) y al menos un intercambiador de calor de acoplamiento (K2WQ-WQ)) están integrados en un componente.