ES2381085B1

ES2381085B1 - Refrigerador pasivo seco y metodo de refrigeracion de vapor

Info

Publication number: ES2381085B1
Application number: ES201000288A
Authority: ES
Inventors: Juan José Rojo Sastre
Original assignee: Sumersol S L; SUMERSOL SL
Current assignee: Sumersol S L; SUMERSOL SL
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2013-05-21
Anticipated expiration: 2030-03-09
Also published as: ES2381085A1

Abstract

Refrigerador pasivo seco para refrigerar cualquier planta de generación de electricidad que comprende un intercambiador agua-aire (1) en la base, una campana colectora (2) de superficie troncocónica que recoge aire caliente y lo dirige hacia la base de la chimenea y una chimenea (3) cuya construcción se hará de forma que sus dimensiones sean mayores que las necesarias para la refrigeración de la propia planta en la que se instale y así tener un flujo mayor de aire ascendente, suficiente como para refrigerar a su paso el primario del intercambiador (1), sin necesidad de utilizar ningún otro tipo de refrigeración del primario del intercambiador (1).

Description

Refrigerador pasivo seco y método de refrigeración de vapor.

Sector técnico de la invención

La presente invención se encuadra dentro del sector de las tecnologías de refrigeración, más concretamente se reﬁere a la refrigeración del vapor en un intercambiador aire-vapor.

Antecedentes de la invención

Las plantas que generan electricidad, ya sean térmicas de carbón, diésel, ciclo combinado, nucleares o termosolares, necesitan refrigerar el vapor de agua que ha impulsado la turbina generadora de la electricidad.

El vapor de agua, una vez que ha impulsado la turbina, debe refrigerarse para que vuelva a fase líquida y poder ser enviada de nuevo, en circuito cerrado, al intercambiador principal de la planta. En este intercambiador, el agua vuelve a la fase vapor, a la presión requerida, para volver a impulsar los álabes de la turbina y seguir generando electricidad.

En la actualidad, se utilizan varios métodos para la refrigeración de dicho vapor, como son los intercambiadores agua-agua, intercambiadores por evaporación de agua e intercambiadores con ventiladores.

A continuación se hace una breve exposición de cada uno de ellos:

-: Intercambiador agua-agua: por el primario de este intercambiador se hace pasar el vapor de agua que se quiere refrigerar y por el secundario se hace pasar agua procedente de un río, del mar, de un lago... El agua del secundario se calienta con el calor que le cede el primario. El agua caliente se devuelve al río, al mar o al lago, desde donde se ha tomado. Hay que tener cuidado con que el agua caliente que sale del intercambiador, no aumente signiﬁcativamente, la temperatura del agua del sitio de donde se toma para evitar problemas medioambientales. Requiere que la planta se encuentre próxima a un mar, un río, un lago...

-: Intercambiador por evaporación de agua: por el primario del intercambiador se hace pasar el vapor de agua que se quiere refrigerar. El intercambiador está sumergido en agua que, por el calor cedido por el primario, aumenta su temperatura hasta la ebullición. El calor de cambio de estado es suﬁciente para que el vapor de agua del primario pase a la fase líquida. Este sistema es eﬁcaz pero demanda un gran consumo de agua del secundario, que se pierde por evaporación.

-: Intercambiador con ventiladores: el vapor de agua que sale de la turbina, se hace pasar por un intercambiador agua-aire. A través de los circuitos del primario de dicho intercambiador, se hace circular aire forzado por unos grandes ventiladores. El aire se calienta y consigue refrigerar el vapor de agua del primario, que pasará a su fase líquida y continuará su recorrido. Este sistema se utiliza cuando no se dispone de agua. Tiene el inconveniente de consumir energía de la propia planta que la está generando, disminuyendo su eﬁciencia.

Por todo ello, la presente invención tiene como objetivo proporcionar un sistema que sea capaz de refrigerar el vapor de una planta de producción de electricidad, sin los inconvenientes anteriormente expuestos, es decir, pudiéndose instalar en zonas que no se encuentren próximas a una fuente de agua y que no consuman parte de la electricidad que la planta produce.

Descripción de la invención

La invención consiste en un sistema de refrigeración pasiva por aire que consiste en la aplicación de fenómenos atmosféricos y equipamientos conocidos, para conseguir refrigerar el vapor de agua, que impulsa la turbina de una planta de generación eléctrica, de un modo más eﬁciente y más respetuoso con el medio ambiente.

Este sistema aprovecha el movimiento ascendente del aire caliente en un entorno de aire frío.

El sistema de refrigeración propuesto comprende de los siguientes elementos:

-: Intercambiador agua-aire

Este intercambiador es similar a los que actualmente se utilizan, adaptando su forma a las particularidades de este refrigerador pasivo.

-: Campana Colectora

Sobre el intercambiador se coloca una superﬁcie troncocónica que recoge el aire caliente y lo dirige hacia la base de la chimenea por donde ascenderá el aire caliente

-: Chimenea

El efecto de tiro de la chimenea, produce un movimiento ascendente necesario para refrigerar el primario del intercambiador. La construcción se hará de forma que las dimensiones de la chimenea sean mayores que las necesarias para la refrigeración y tener un ﬂujo mayor de aire. Esto permite colocar, en la base de la chimenea, unos aerogeneradores que produzcan electricidad lo que conduce a un aumento en la eﬁcacia de la planta.

Las ventajas principales que aporta la invención son las siguientes:

•: No consume agua.

•: Produce menos ruido.

•: No consume electricidad.

•: Produce electricidad adicional a la que produce la planta.

Descripción de los dibujos

Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de la invención, se acompaña un juego de dibujos donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1: Esquema del refrigerador pasivo de la invención.

Figura 2: Otro esquema general del refrigerador pasivo de la invención.

Las referencias de las ﬁguras corresponden a:

(1): Intercambiador agua-aire.

(2): Campana colectora.

(3): Chimenea.

(4): Vapor.

(5): Agua.

(6): Aire caliente.

Realización preferente de la invención

Para lograr una mayor comprensión de la invención a continuación se va a describir el refrigerador pasivo según una realización preferente.

Según se observa en la ﬁgura 1 y en la ﬁgura 2, el refrigerador comprende un intercambiador de calor agua-aire

(1): en forma de serpentín de cinta, de sección rectangular o cualquier geometría equivalente que favorezca el que haya una gran superﬁcie de contacto, para optimizar la transferencia energética, con varias salidas y entradas para reducir la pérdida de carga, dentro del cual circula el vapor a refrigerar. Dicho intercambiador (1) se sitúa al pie de una chimenea

(3): de altura superior a 500 m cuya base está formada por una campana colectora (2) de geometría troncocónica.

El método para la refrigeración del vapor (4) con refrigerador seco sería el siguiente:

1.: La campana (2) se encarga de recoger el aire que entra por la parte inferior de la chimenea (3). Este aire está en contacto con el intercambiador (1) y enfría, por convección, el vapor que circula por el interior del intercambiador (1) a costa de aumentar su temperatura.

2.: Dicho aire (6), calentado por el contacto con el intercambiador, asciende por efecto del gradiente de temperaturas existente entre la parte inferior y la parte superior de la chimenea (3), produciendo un ﬂujo de aire que será mayor cuanto mayores sean las dimensiones de la chimenea.

3.: El caudal del aire (6) que sube es suﬁciente para transformar en líquido (5) todo el vapor (4) que entra en el intercambiador (1) y además se puede aprovechar para generar electricidad situando unas turbinas en la parte baja de la chimenea (3). Este sistema de refrigeración está especialmente diseñado para su aplicación en centrales de producción de electricidad a base de vapor, pero no se descarta su extensión a otros campos de la industria que requieran características similares.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Refrigerador pasivo seco para refrigerar cualquier planta de generación de electricidad caracterizado porque comprende un intercambiador agua-aire (1) en su base, una campana colectora (2) de superﬁcie troncocónica que recoge aire que se ha calentado al contacto con el intercambiador y lo dirige hacia la base de la chimenea y una chimenea

(3) cuya construcción se hará de forma que sus dimensiones sean mayores que las necesarias para la refrigeración de la propia planta en la que se instale y así tener un ﬂujo mayor de aire ascendente, suﬁciente como para refrigerar a su paso el primario del intercambiador (1), sin necesidad de utilizar ningún otro tipo de refrigeración del primario del intercambiador (1).
2.

Refrigerador pasivo seco según reivindicación 1 caracterizado porque se le añaden una serie de turbinas en la base de la chimenea (3) que aprovechan el caudal de aire (6) que se eleva para producir electricidad.
3.

Método de refrigeración de vapor con refrigerador pasivo seco como el descrito en las reivindicaciones anteriores que comprende las siguientes etapas:

-

la campana (2) recoge el aire que entra por la parte inferior de la chimenea (3) el cual enfría, por convección, el vapor (4) que circula por el interior del intercambiador (1) a costa de aumentar su temperatura,

-

dicho aire (6), calentado por el contacto con el intercambiador, asciende por efecto del gradiente de temperaturas existente entre la parte inferior y la parte superior de la chimenea (3), produciendo un ﬂujo de aire que será mayor cuanto mayores sean las dimensiones de la chimenea (3).
4. Método de refrigeración de vapor con refrigerador pasivo seco según reivindicación 3 que comprende una etapa adicional en la que el caudal del aire (6) que sube por la chimenea (3) se aprovecha para generar electricidad situando unas turbinas en la parte baja de la chimenea (3).

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

N.º solicitud: 201000288

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 09.03.2010

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional

DOCUMENTOS RELEVANTES

Categoría

56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas

X

FR 2360862 A1 (CHAUSSON USINES S.A) 03/03/1978, Resumen de la base de datos WPI. Recuperado de EPOQUE; descripción; figuras. 1, 3

Y

2, 4

Y

DE 19821659 A1 (REFIT EV) 18/11/1999, resumen; figuras. 2, 4

X

GB 292466 A (AUGUSTE CHANARD) 09/09/1929, todo el documento. 1, 3

X

GB 974691 A (HAPPEL GES MIT BESCHRAENKTER H ) 11/11/1964, todo el documento. 1, 3

X

US 3976127 A (HARRIS PETER JOHN) 24/08/1976, todo el documento. 1, 3

A

GB 2461748 A (HERBISON FRANCIS DENNIS) 20/01/2010, todo el documento. 1-4

A

GB 573010 A (FREDERICK GILBERT MITCHELL) 01/11/1945, todo el documento. 1, 3

Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:

Fecha de realización del informe 07.05.2012

Examinador M. P. Prytz González Página 1/4

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 201000288

CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD F28D5/00 (2006.01)

F28B1/06 (2006.01) F28D1/02 (2006.01) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)

F28D, F28B

Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC

Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201000288

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 07.05.2012

Declaración

Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 1-4 SI NO

Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 1-4 SI NO

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).

Base de la Opinión.-

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201000288

1. Documentos considerados.-

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

Documento

Número Publicación o Identificación Fecha Publicación

D01

FR 2360862 A1 (CHAUSSON USINES SA) 03.03.1978

D02

DE 19821659 A1 (REFIT EV) 18.11.1999

D03

GB 292466 A (AUGUSTE CHANARD) 09.09.1929

D04

GB 974691 A (HAPPEL GES MIT BESCHRAENKTER H) 11.11.1964

D05

US 3976127 A (HARRIS PETER JOHN) 24.08.1976

D06

GB 2461748 A (HERBISON FRANCIS DENNIS) 20.01.2010

D07

GB 573010 A (FREDERICK GILBERT MITCHELL) 01.11.1945
2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

La presente solicitud de patente hace referencia a un refrigerador pasivo seco y a un método de refrigeración de vapor. Consta la solicitud de 4 reivindicaciones, siendo independientes la primera y la tercera reivindicación. La segunda reivindicación es dependiente de la primera y la cuarta reivindicación dependiente de la tercera. La primera reivindicación hace referencia a un refrigerador pasivo seco para refrigerar plantas de generación de electricidad que comprende un intercambiador agua-aire en su base, una campana colectora de superficie troncocónica que recoge aire que se ha calentado al contacto con el intercambiador y lo dirige hacia la base de la chimenea, y una chimenea cuya construcción se hará de forma que sus dimensiones sean mayores que las necesarias para la refrigeración de la propia planta en que se instale. La segunda reivindicación, dependiente de la primera, añade como característica técnica que en la base de la chimenea se colocarán unas turbinas que aprovechan el caudal de aire que se eleva para producir electricidad. La tercera reivindicación, independiente, divulga un método de refrigeración de vapor con refrigerador pasivo seco como el de la reivindicación 1 que comprende las siguientes etapas: -La campana recoge el aire que entra por la parte inferior de la chimenea, el cual enfría por convección el vapor que circula por el interior del intercambiador a consta de aumentar su temperatura. -Dicho aire, calentado por el contacto con el intercambiador, asciende por efecto del gradiente de temperaturas existente entre la parte inferior y la parte superior de la chimenea, produciendo un flujo de aire que será mayor cuanto mayores sean las dimensiones de la chimenea. La cuarta reivindicación dependiente de la tercera, incorpora una nueva etapa al método de la reivindicación 3, por la cual el caudal de aire que sube por la chimenea se aprovecha para generar electricidad situando unas turbinas en la parte baja de la chimenea. Los documentos D01 a D07 se constituyen una representación del estado de la técnica al que pertenece la invención. El documento D01 se considera el más próximo al objeto reivindicado en la primera reivindicación (las referencias entre paréntesis corresponden a dicho documento). Dicho documento D01 divulga un refrigerador pasivo seco apto para refrigerar una planta de generación de electricidad, que comprende un intercambiador fluido-aire en su base (conjunto 5-6-7-8), una campana colectora de superficie troncocónica (elemento 4 de figuras 4 y 5), que recoge el aire caliente a su paso por el intercambiador y lo dirige hacia la chimenea (9) que lo evacúa por su parte superior. El documento D01 contempla que el fluido a enfriar puede ser tanto líquido como vapor (descripción, página 1, líneas 7 y 8). No especifica que el fluido sea explícitamente agua, pero esta posibilidad se deduce de forma inmediata de otros documentos similares como el documento D03 ó D04. A la vista del documento D01 la invención reivindicada en la primera reivindicación se considera que no posee actividad inventiva en el sentido del Artículo 8 de la Ley 11/1986 de Patentes Análogamente, el documento D01 se considera una anterioridad para la invención de la reivindicación 3. El documento D01 no contempla la existencia de unas turbinas en la base de la chimenea para aprovechar el caudal de aire que se eleva para producir electricidad. Sin embargo, esta característica se encuentra divulgada en el estado de la técnica. Unos ejemplos son los documentos D02 (ver figuras y resumen) y D06 (ver documento y figuras, en especial figura 23). Se considera, por tanto, que a la vista de estos documentos, pertenecientes al mismo campo técnico que D01, el experto en la materia conocería la posibilidad de generar electricidad colocando unas turbinas en la chimenea que aprovecharan el aire ascendente a su través. Por tanto, a la vista de los documentos D01 y D02 ó D06, las reivindicaciones 2 y 4 también carecen de actividad inventiva en el sentido del Artículo 8 de la Ley 11/1986 de Patentes.

Informe del Estado de la Técnica Página 4/4