ES2665366A1 - Planta térmica de módulos conversores de energía acoplados en cascada con calor de origen fósil y/o residual - Google Patents

Planta térmica de módulos conversores de energía acoplados en cascada con calor de origen fósil y/o residual Download PDF

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ES2665366A1 ES201600905A ES201600905A ES2665366A1 ES 2665366 A1 ES2665366 A1 ES 2665366A1 ES 201600905 A ES201600905 A ES 201600905A ES 201600905 A ES201600905 A ES 201600905A ES 2665366 A1 ES2665366 A1 ES 2665366A1
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    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
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    • F02G1/0435—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines the engine being of the free piston type

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Abstract

La planta térmica de módulos conversores de energía acoplados en cascada con calor de origen fósil y/o residual, consiste en una planta térmica que realiza la conversión eficiente de la energía térmica a energía mecánica y/o eléctrica utilizando alternativamente energía de origen fósil o energía residual. La planta dispone de una serie de recuperadores de calor donde cada uno de los cuales alimenta una cascada de módulos conversores termo-actuadores que convierten la energía térmica a mecánica o/y eléctrica según el caso, utilizando ciclos térmicos de procesos cerrados de alta eficiencia incluso a bajas temperaturas.

Description

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PLANTA TÉRMICA DE MÓDULOS CONVERSORES DE ENERGÍA ACOPLADOS EN CASCADA CON CALOR DE ORIGEN FÓSIL Y/O RESIDUAL
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención pertenece al campo técnico de la conversión de energía térmica a mecánica y eléctrica mediante máquinas térmicas híbridas (operan con calor de combustión de origen fósil así como con calor residual)
OBJETIVO DE LA INVENCIÓN
El objetivo de la presente Invención denominada “PLANTA TÉRMICA DE MÓDULOS CONVERSORES DE ENERGÍA ACOPLADOS EN CASCADA CON CALOR DE ORIGEN FÓSIL Y/O RESIDUAL”, es la conversión eficiente de la energía térmica a energía mecánica y/o eléctrica utilizando alternativamente energía de origen fósil o energía residual.
La planta térmica de módulos conversores de energía acoplados en cascada operando con calor procedente de combustibles de origen fósil dispone de una serie de recuperadores de calor acoplados en serie donde cada uno de los cuales alimenta una cascada de módulos termo-actuadores que convierten la energía térmica a mecánica en caso de propulsión mecánica o/y eléctrica en caso de planta termoeléctrica según el caso.
La planta térmica de módulos conversores de energía acoplados en cascada operando con calor residual dispone al menos de un recuperador de calor donde cada uno de los cuales alimenta una cascada de módulos termo-actuadores que convierten la energía térmica a mecánica en caso de propulsión mecánica o/y eléctrica en caso de planta termoeléctrica según el caso.
Cada módulo conversor de energía utiliza cíelos térmicos de procesos cerrados de alta eficiencia incluso a medias y bajas temperaturas.
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Las piantas de ciclo combinado dotadas de sistemas de aprovechamiento de la energía térmica residual tanto de las turbinas de gas que operan con ciclos Brayton como de los motores Diese! incluidos los de propulsión marina están basadas en:
-la asociación en cascada de la turbina de gas de ciclo Brayton operando con un combustible fósil seguida de un ciclo Rankine alimentado con el calor recuperado de los gases de exhaustación evacuados por la turbina de gas de ciclo Brayton.
- la asociación en cascada de uno o más motores alternativos de combustión interna operando con gas natural u otro combustible fósil como el fuel-oil, seguido de una ciclo Rankine alimentado con los calores residuales no aprovechados o rechazados por el motor alternativo, donde el ciclo Rankine puede ser orgánico, incluyendo el ciclo Rankine con uno o dos niveles de presión.
- la asociación en cascada de un motor alternativo de combustión interna operando con gas natural u otro combustible fósil como el fuel-oil, donde los gases de escape del motor pasan a las turbo-soplantes y a una turbina de gas que acciona un generador, y posteriormente, los gases evacuados por las turbo-soplantes y la turbina de gas van a un generador de vapor con el cual se alimenta una turbina de vapor de ciclo Rankine conectada al mismo generador eléctrico citado.
- la asociación en cascada del motor alternativo de combustión interna operando con gas natural u otro combustible fósil como el fuel-oil, donde los gases de escape del motor pasan a las turbo-soplantes y de aquí a una máquina de ciclo Stirling o Ericsson acoplada a un generador eléctrico.
La invención denominada PLANTA TÉRMICA DE MÓDULOS CONVERSORES DE ENERGÍA ACOPLADOS EN CASCADA CON CALOR DE ORIGEN FÓSIL Y/O RESIDUAL se diferencia esencialmente de los citados ciclos combinados en que el calor residual rechazado por los algunos procesos industriales, así como los gases de combustión de origen fósil pueden combinarse alternativamente para alimentar una máquina compuesta de una serie de recuperadores de calor donde cada uno de los cuales alimenta una cascada de módulos actuadores operando con ciclos térmicos de procesos cerrados de alta eficiencia térmica.
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El invento denominado PLANTA TÉRMICA DE MÓDULOS CONVERSORES DE ENERGÍA ACOPLADOS EN CASCADA CON CALOR DE ORIGEN FÓSIL Y/O RESIDUAL, opera de manera que tanto el calor residual rechazado por los algunos procesos industriales, así como el calor de los gases de combustión de origen fósil son utilizados para alimentar una máquina constituida por una serie de recuperadores de calor, donde cada uno de los cuales alimenta una cascada de módulos conversores termomecánicos, y donde cada uno de los cuales está constituido por:
- conductos de alimentación de fluido térmico calefactor,
- conductos de alimentación de fluido térmico enfriador,
- válvulas de entrada y salida de los fluidos térmicos calefactor y enfriador,
- un cilindro termo-actuador que aloja los intercambiadores de calor por los que circulan los fluidos térmicos calefactor y enfriador y el fluido térmico de trabajo.
El sistema térmico calefactor opera con dos fuentes de energía térmica:
- fuente de energía térmica de origen fósil con combustibles tales como fueloil, diésel, gas natural, hidrógeno, entre otros disponibles, y.
- fuente de energía térmica de origen residual de alta, media o baja temperatura, la cual es aprovechada mediante intercambiadores recuperadores de calor.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
En esta sección se describen a modo ilustrativo y no limitativo, los componentes que constituyen la PLANTA TÉRMICA DE MÓDULOS CONVERSORES DE ENERGÍA ACOPLADOS EN CASCADA CON CALOR DE ORIGEN FÓSIL Y/O RESIDUAL para facilitar la comprensión de la invención en donde se hace referencia a las siguientes figuras:
La figura 1 representa en detalle un módulo conversor termomecánico (20) de la planta térmica, que incluye los siguientes componentes:
7 conducto de entrada del fluido térmico calefactor al módulo de conversión (20)
8 conducto de salida del fluido térmico calefactor del módulo de conversión (20)
9 conducto de entrada del fluido térmico de enfriamiento al módulo de conversión (20)
10 conducto de salida del fluido térmico de enfriamiento del módulo de conversión (20)
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11 cilindro termo-actuador
12 vástago del cilindro actuador (11)
13 válvula de 2/3 (dos posiciones y tres vías) de entrada de los fluidos térmicos calefactor y enfriador de la cámara izquierda del cilindro actuador.
14 válvula de 2/3 de salida de los fluidos térmicos calefactor y enfriador de la cámara izquierda del cilindro.
15 intercambiador de calor entre fluido calefactor-enfriador y fluido de trabajo dentro de la cámara izquierda del cilindro actuador (11).
16 válvula de 2/3 de entrada de los fluidos térmicos calefactor y enfriador de la cámara derecha del cilindro.
17 válvula de 2/3 de salida de los fluidos térmicos calefactor y enfriador de la cámara derecha del cilindro.
18 intercambiador de calor entre fluido calefactor-enfriador y fluido de trabajo dentro de la cámara derecha del cilindro actuador (11).
20 módulo conversor termomecánico, que comprende todos los accesorios (válvulas, intercambiadores de calor) de cada cilindro termo-actuador (11).
La Figura 2, representa de modo esquemático un módulo conversor termomecánico (20) de la planta térmica mostrado en detalle en la figura 1, que incluye:
7 conducto de entrada del fluido térmico calefactor al módulo conversor termomecánico
8 conducto de salida del fluido térmico calefactor del módulo conversor termomecánico
9 conducto de entrada del fluido térmico de enfriamiento al módulo conversor termomecánico
10 conducto de salida del fluido térmico de enfriamiento del módulo conversor termomecánico.
La figura 3, muestra la estructura general de la planta térmica de módulos conversores termomecánicos acoplados en cascada y sistema de alimentación térmica simultáneamente con calor de origen fósil y residual, la cual incluye al menos los componentes siguientes:
1 conducto de alimentación de combustible a la cámara de combustión (23)
2 conducto de alimentación de aire a la cámara de combustión (23)
5 bomba de circulación de! circuito calefactor de calor residual
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7 conducto de entrada del fluido térmico calefactor al módulo conversor termomecánico
8 conducto de salida del fluido térmico calefactor del módulo conversor termomecánico
9 conducto de entrada del fluido térmico de enfriamiento al módulo conversor termomecánico
10 conducto de salida del fluido térmico de enfriamiento del módulo conversor termomecánico
20 módulo conversor termomecánico, que comprende todos los accesorios de cada cilindro termo-actuador
21 soplante de alimentación de aire a la cámara de combustión
22 calentador de aire de combustión
23 cámara de combustión
26 intercambiador recuperador de calor residual (26)
31 intercambiador de calor de alimentación térmica de los módulos de alta temperatura
32 intercambiador de calor de alimentación térmica de los módulos de baja temperatura
La Figura 4 muestra el sistema de alimentación térmica con calor de combustión de origen fósil
1 conducto de alimentación de combustible a ¡a cámara de combustión (23)
2 conducto de alimentación de aire a la cámara de combustión (23)
5 bomba de circulación del circuito calefactor
7 conducto de entrada del fluido térmico calefactor al módulo conversor termomecánico
8 conducto de salida del fluido térmico calefactor del módulo conversor termomecánico
9 conducto de entrada del fluido térmico de enfriamiento a! módulo conversor termomecánico
10 conducto de salida del fluido térmico de enfriamiento del módulo conversor termomecánico
20 módulo conversor termomecánico, que comprende todos los accesorios de cada cilindro termo-actuador
21 soplante de alimentación de aire a la cámara de combustión (23)
22 calentador de aire de combustión
23 cámara de combustión
31 intercambiador de calor de alimentación térmica de los módulos de alta temperatura
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32 ¡ntercambiador de calor de alimentación térmica de los módulos de baja temperatura
La Figura 5 muestra el sistema de alimentación térmica con calor de origen residual 5 bomba de circulación del circuito calefactor
7 conducto de entrada del fluido térmico calefactor al módulo conversor termomecánico
8 conducto de salida del fluido térmico calefactor del módulo conversor termomecánico
9 conducto de entrada del fluido térmico de enfriamiento al módulo conversor termomecánico
10 conducto de salida del fluido térmico de enfriamiento del módulo conversor termomecánico
20 módulo conversor termomecánico, que comprende todos los accesorios de cada
cilindro termo-actuador
26 recuperador de calor de origen residual
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La invención denominada PLANTA TÉRMICA DE MÓDULOS CONVERSORES DE ENERGÍA ACOPLADOS EN CASCADA CON CALOR DE ORIGEN FÓSIL Y/O RESIDUAL, se caracteriza por permitir que el calor residual rechazado por los algunos procesos industriales, así como los gases de combustión de origen fósil puedan combinarse tanto de modo alternativo como simultáneamente para alimentar una máquina compuesta de al menos un recuperador de calor residual (26), seguido de una serie de recuperadores de calor originado por la combustión de combustibles de origen fósil, (31) y (32) donde cada uno de los cuales alimenta una cascada de módulos conversores termomecánicos (20) que convierten la energía térmica a energía mecánica mediante un fluido térmico de trabajo contenido dentro de un cilindro termo-actuador (11) capaz de accionar un vástago, donde cada módulo conversor termomecánico (20), según las figuras 1 y 2 se halla constituido por:
- conductos de alimentación y evacuación de fluido térmico calefactor, (7) y (8),
- conductos de alimentación y evacuación de fluido térmico enfriador, (9) y (10),
- válvulas de entrada y salida de los fluidos térmicos calefactor y enfriador, (13), (14), (16) y (17),
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- un cilindro termo-actuador (11) que aloja los intercambiadores de calor (15) y (18) por los que circulan los fluidos térmicos calefactor y enfriador, responsables de transferir el calor del fluido térmico calefactor hacia el fluido térmico de trabajo, y posteriormente, desde el fluido térmico de trabajo hacia el fluido térmico enfriador.
El sistema térmico calefactor opera con dos fuentes de energía térmica:
- fuente de energía térmica de origen fósil con combustibles tales como fueloil, diésel, gas natural, hidrógeno, entre otros disponibles, y,
- fuente de energía térmica de origen residual de alta, media o baja temperatura, la cual es aprovechada mediante intercambiadores recuperadores de calor.
La PLANTA TÉRMICA DE MÓDULOS CONVERSORES DE ENERGÍA ACOPLADOS EN CASCADA CON CALOR DE ORIGEN FÓSIL Y/O RESIDUAL se ¡mplementa bajo tres estructuras alternativas:
- Planta térmica diseñada para operar con calor de ambas fuentes de energía térmica simultáneamente (calor de combustión de origen fósil y calor de origen residual), según se muestra en la figura 3,
- Planta térmica diseñada para operar con calor de combustibles de origen fósil solamente, según la figura 4, y
- Planta térmica diseñada para operar con calor de origen residual solamente, mostrada en la figura 5.
La planta térmica diseñada para operar con calor de origen fósil y residual simultáneamente mostrada en la figura 3 está compuesta por al menos los siguientes componentes:
- conducto de alimentación de combustible (1) a la cámara de combustión (23),
- conducto de alimentación de aire (2) a la cámara de combustión (23),
- bomba de circulación (5) del circuito calefactor,
- conducto de entrada del fluido térmico calefactor (7) al módulo conversor termomecánico,
- conducto de salida del fluido térmico calefactor (8)f del módulo conversor termomecánico,
- conducto de entrada del fluido térmico de enfriamiento (9) al módulo conversor termomecánico,
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- conducto de salida del fluido térmico de enfriamiento (10) del módulo conversor termomecánico,
- módulo conversor termomecánico (20), que comprende todos los accesorios de cada cilindro termo-actuador,
- soplante de alimentación de aire (21) a la cámara de combustión (23),
- calentador de aire de combustión (22),
- cámara de combustión (23),
- intercambiador recuperador de calor residual (26),
- intercambiador recuperador de calor de calor (31) de alimentación térmica de los módulos de alta temperatura,
- intercambiador recuperador de calor (32) de alimentación térmica de los módulos de baja temperatura.
El procedimiento de operación de la planta térmica para utilizar simultáneamente calor de combustión de origen fósil y calor de origen residual, según se muestra en la figura 3, consiste en aprovechar simultáneamente las dos fuentes de energía térmica (de combustión de origen fósil y la residual), para lo cual, la soplante de alimentación de aire (21) a la cámara de combustión (23), bombea aire atmosférico a través del calentador de aire de combustión (22) por el conducto de alimentación de aire (22), mientras por el conducto de alimentación de combustible (1) se añade combustible de procedencia fósil tal como fueloil, diésel, gas natural o hidrógeno entre otros. Los gases de la combustión a alta temperatura pasan a través del intercambiador recuperador de calor (31) de alimentación térmica a una cascada de módulos conversores termo mecánicos (20). Los gases de combustión que abandonan el intercambiador recuperador de calor (31) de alta temperatura, pasan seguidamente a través del intercambiador recuperador de calor (32) de alimentación térmica a los módulos conversores termo mecánicos (20) que operan a baja temperatura. Los gases de combustión que abandonan el ¡ntercambiador recuperador de calor (32) de baja temperatura pasan por el calentador de aire (22) hacia la atmósfera, donde ceden calor al aire de combustión con el consiguiente incremento de temperatura.
La transferencia de calor desde los intercambiadores recuperadores de calor de alta y baja temperatura (31) y (32) se efectúa mediante un circuito térmico calefactor por el que circula un fluido térmico calefactor impulsado por la bomba de circulación (5) del circuito calefactor, el cual captura calor en el intercambiador recuperador de calor residual (26), donde incrementa su temperatura y seguidamente recupera calor de los
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intercambiadores recuperadores de calor de alta y baja temperatura (31) y (32) que es transferido a los módulos conversores termomecánicos (20), siendo aspirado de nuevo a baja temperatura por la bomba (5), repitiendo el ciclo de transferencia de calor.
La planta térmica diseñada para operar con calor de combustibles de origen fósil solamente mostrada en la figura 4, está compuesta por al menos los siguientes componentes:
- conducto de alimentación de combustible (1) a la cámara de combustión (23),
- conducto de alimentación de aire (2) a la cámara de combustión (23),
- bomba de circulación del circuito calefactor (5),
- conducto de entrada del fluido térmico calefactor (7) al módulo conversor termomecánico,
- conducto de salida del fluido térmico calefactor (8) del módulo conversor termomecánico,
- conducto de entrada del fluido térmico de enfriamiento (9) al módulo conversor termomecánico,
- conducto de salida del fluido térmico de enfriamiento (10) del módulo conversor termomecánico,
- módulo conversor termomecánico (20), que comprende todos los accesorios de cada cilindro termo-actuador,
- soplante de alimentación de aire (21) a la cámara de combustión,
- calentador de aire de combustión (22),
- cámara de combustión (23),
- intercambiador de calor de alimentación térmica de los módulos de alta temperatura
(31) ,
- intercambiador de calor de alimentación térmica de los módulos de baja temperatura
(32) .
El procedimiento de operación de la planta térmica diseñada para operar con calor de combustibles de origen fósil solamente mostrada en la figura 4, consiste en aprovechar el calor de la fuente de energía térmica procedente de la combustión de origen fósil, para lo cual, la soplante de alimentación de aire (21) a la cámara de combustión (23), bombea aire atmosférico a través del calentador de aire de combustión (22) por el conducto de alimentación de aire (2), mientras por el conducto de alimentación de
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combustible (1) se añade combustible de procedencia fósil tal como fueloil, diesel, gas natural o hidrógeno entre otros. Los gases de la combustión a alta temperatura pasan a través del ¡ntercambiador recuperador de calor (31) de alimentación térmica a una cascada de módulos conversores termo mecánicos (20). Los gases de combustión que abandonan el ¡ntercambiador recuperador de calor (31) de alta temperatura, pasan seguidamente a través del ¡ntercambiador recuperador de calor (32) de alimentación térmica a los módulos conversores termo mecánicos (20) que operan a baja temperatura. Los gases de combustión que abandonan el intercambiador recuperador de calor (32) de baja temperatura pasan por el calentador de aire (22) hacia la atmósfera, donde ceden calor al aire de combustión con el consiguiente incremento de temperatura.
La transferencia de calor desde los intercambladores recuperadores de calor de alta y baja temperatura (31) y (32) se efectúa mediante un circuito térmico calefactor por el que circula un fluido térmico calefactor impulsado por la bomba de circulación (5) del circuito calefactor, el cual recupera calor de los intercambiadores recuperadores de calor de alta y baja temperatura (31) y (32) que es transferido a los módulos conversores termomecánicos (20), siendo aspirado de nuevo a baja temperatura por la bomba (5), repitiendo el ciclo de transferencia de calor.
La planta térmica diseñada para operar con calor de origen residual solamente, mostrada en la figura 5, está compuesta por al menos los siguientes componentes:
- bomba de circulación del circuito calefactor (5),
- conducto de entrada del fluido térmico calefactor (7) al módulo conversor termomecánico,
- conducto de salida del fluido térmico calefactor (8) del módulo conversor termomecánico,
- conducto de entrada del fluido térmico de enfriamiento (9) al módulo conversor termomecánico,
- conducto de salida del fluido térmico de enfriamiento (10) del módulo conversor termomecánico,
- módulo conversor termomecánico (20), que comprende todos los accesorios de cada cilindro termo-actuador,
- recuperador de calor de origen residual (26).
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El procedimiento de operación de la planta térmica diseñada para operar con calor de origen residual solamente, mostrada en la figura 5, consiste en aprovechar el calor de la fuente de energía térmica residual procedente de procesos industriales, incluyendo gases de combustión de máquinas térmicas, para lo cual, la transferencia de calor desde un intercambiador recuperador de calor residual (26) se efectúa mediante un circuito térmico calefactor por el que circula un fluido térmico calefactor impulsado por la bomba de circulación (5) que lo hace circular por el citado recuperador de calor residual (26) que lo transfiere a los módulos conversores termo mecánicos (20), siendo aspirado de nuevo a baja temperatura por la bomba (5), repitiendo el ciclo de transferencia de calor.
DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES PREFERENTES DE LA INVENCIÓN
Las figuras 3, 4 y 5 muestran las realizaciones preferentes del PLANTA TÉRMICA DE MÓDULOS CONVERSORES DE ENERGÍA ACOPLADOS EN CASCADA CON CALOR DE ORIGEN FÓSIL Y/O RESIDUAL las cuales están caracterizadas por los siguientes modos de operación asociados con las estructuras físicas mostradas en las figuras 3, 4 y 5:
La planta térmica diseñada para operar con calor de origen fósil y residual simultáneamente mostrada en la figura 3 cuyo modo de operación consiste en aprovechar simultáneamente las dos fuentes de energía térmica (de combustión de origen fósil y la residual), para lo cual, la soplante de alimentación de aire (21) a ia cámara de combustión (23), bombea aire atmosférico a través del calentador de aire de combustión (22) por el conducto de alimentación de aire (22), mientras por el conducto de alimentación de combustible (1) se añade combustible de procedencia fósil tal como fueloil, diésel, gas natural o hidrógeno entre otros. Los gases de la combustión a alta temperatura pasan a través del intercambiador recuperador de calor (31) de alimentación térmica a una cascada de módulos conversores termo mecánicos (20). Los gases de combustión que abandonan el intercambiador recuperador de calor (31) de alta temperatura, pasan seguidamente a través del intercambiador recuperador de calor (32) de alimentación térmica a los módulos conversores termo mecánicos (20) que operan a baja temperatura. Los gases de combustión que abandonan el intercambiador recuperador de calor (32) de baja temperatura pasan por el calentador de aire (22) hacia la atmósfera, donde ceden calor al aire de combustión con el consiguiente incremento de temperatura.
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La transferencia de calor desde los intercambiadores recuperadores de calor de alta y baja temperatura (31) y (32) se efectúa mediante un circuito térmico calefactor por el que circula un fluido térmico calefactor impulsado por la bomba de circulación (5) del circuito calefactor, el cual captura calor en el intercambiador recuperador de calor residual (26), donde incrementa su temperatura y seguidamente recupera calor de los intercambiadores recuperadores de calor de alta y baja temperatura (31) y (32) que es transferido a los módulos conversores termomecánicos (20), siendo aspirado de nuevo a baja temperatura por la bomba (5), repitiendo el ciclo de transferencia de calor.
La planta térmica diseñada para operar con calor de combustión utilizando combustibles de origen fósil solamente, mostrada en la figura 4, cuyo modo de operación consiste en aprovechar el calor de la fuente de energía térmica procedente de la combustión de origen fósil, para lo cual, la soplante de alimentación de aire (21) a la cámara de combustión (23), bombea aire atmosférico a través del calentador de aire de combustión (22) por el conducto de alimentación de aire (22), mientras por el conducto de alimentación de combustible (1) se añade combustible de procedencia fósil tal como fueloil, diésel, gas natural o hidrógeno entre otros. Los gases de la combustión a alta temperatura pasan a través del intercambiador recuperador de calor (31) de alimentación térmica a una cascada de módulos conversores termo mecánicos (20). Los gases de combustión que abandonan el intercambiador recuperador de calor (31) de alta temperatura, pasan seguidamente a través del intercambiador recuperador de calor (32) de alimentación térmica a los módulos conversores termo mecánicos (20) que operan a baja temperatura. Los gases de combustión que abandonan el intercambiador recuperador de calor (32) de baja temperatura pasan por el calentador de aire (22) hacia la atmósfera, donde ceden calor al aire de combustión con el consiguiente incremento de temperatura.
La transferencia de calor desde los intercambiadores recuperadores de calor de alta y baja temperatura (31) y (32) se efectúa mediante un circuito térmico calefactor por el que circula un fluido térmico calefactor impulsado por la bomba de circulación (5) del circuito calefactor, el cual recupera calor de los Intercambiadores recuperadores de calor de alta y baja temperatura (31) y (32) que es transferido a los módulos conversores termomecánicos (20), siendo aspirado de nuevo a baja temperatura por la bomba (5), repitiendo el ciclo de transferencia de calor.
La planta térmica diseñada para operar con calor de origen residual solamente, mostrada en la figura 5, cuyo modo de operación consiste en aprovechar el calor de la fuente de energía térmica residual procedente de procesos industriales, incluyendo gases de combustión de máquinas térmicas, para lo cual, la transferencia de calor 5 desde un intercambiador recuperador de calor residual (26) se efectúa mediante un circuito térmico calefactor por el que circula un fluido térmico calefactor impulsado por la bomba de circulación (5) que lo hace circular por el citado recuperador de calor residual (26) para transferir el calor recuperado a los módulos conversores termo mecánicos (20), siendo aspirado de nuevo a baja temperatura por la bomba (5), 10 repitiendo el ciclo de transferencia de calor.

Claims (1)

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    15
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    30
    1a. PLANTA TÉRMICA DE MÓDULOS CONVERSORES DE ENERGÍA ACOPLADOS EN CASCADA CON CALOR DE ORIGEN FÓSIL Y/O RESIDUAL, estructurada para que el calor residual rechazado por los algunos procesos industriales, así como el calor de los gases de combustión de origen fósil puedan combinarse tanto de modo alternativo como simultáneamente para alimentar una máquina compuesta de al menos un recuperador de calor residual (26), seguido de una serie de intercambiadores recuperadores de calor originado por la combustión de combustibles de origen fósil, (31) y (32) donde cada uno de los cuales alimenta una cascada de módulos conversores termomecánicos (20) que convierten la energía térmica a energía mecánica mediante un fluido térmico de trabajo contenido dentro de un cilindro termo-actuador (11) capaz de accionar un vástago, donde cada módulo conversor termomecánico (20), se halla constituido por:
    - conductos de alimentación de fluido térmico calefactor, (7) y (8),
    - conductos de alimentación de fluido térmico enfriador, (9) y (10),
    - válvulas de entrada y salida de los fluidos térmicos calefactor y enfriador, (13), (14), (16) y (17),
    - un cilindro termo-actuador (11) que aloja los intercambiadores de calor (15) y (18) por los que circulan los fluidos térmicos calefactor y enfriador, responsables de transferir el calor del fluido térmico calefactor hacia el fluido térmico de trabajo, y posteriormente, desde el fluido térmico de trabajo hacia el fluido térmico enfriador.
    Y donde el sistema térmico calefactor opera con dos fuentes de energía térmica tanto de modo simultáneo como de modo alternativo:
    - la fuente de energía térmica de origen fósil con combustibles tales como fueloil, diésel, gas natural, hidrógeno, entre otros disponibles, cuyo calor es aprovechado mediante los intercambiadores recuperadores de calor (31) y (32), y,
    - la fuente de energía térmica de origen residual recuperado por el intercambiador recuperador de calor residual (26) seguido de los intercambiadores recuperadores de calor (31) y (32).
    Y donde la planta está dotada de al menos los siguientes componentes:
    - conducto de alimentación de combustible (1) a la cámara de combustión (23),
    - conducto de alimentación de aire (2) a la cámara de combustión (23),
    - bomba de circulación (5) del circuito calefactor,
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    - conducto de entrada del fluido térmico calefactor (7) al módulo conversor termomecánico,
    - conducto de salida del fluido térmico calefactor (8) del módulo conversor termomecánico,
    - conducto de entrada del fluido térmico de enfriamiento (9) al módulo conversor termomecánico,
    - conducto de salida del fluido térmico de enfriamiento (10) del módulo conversor termomecánico,
    - módulo conversor termomecánico (20), que comprende todos los accesorios de cada cilindro termo-actuador,
    - soplante de alimentación de aire (21) a la cámara de combustión (23),
    - calentador de aire de combustión (22),
    - cámara de combustión (23),
    - intercambiador recuperador de calor residual (26),
    - intercambiador recuperador de calor de calor (31) de alimentación térmica de los módulos de alta temperatura,
    - intercambiador recuperador de calor (32) de alimentación térmica de los módulos de baja temperatura.
    2a. PLANTA TÉRMICA DE MÓDULOS CONVERSORES DE ENERGÍA ACOPLADOS EN CASCADA CON CALOR DE ORIGEN FÓSIL Y/O RESIDUAL, según reivindicación 1a, caracterizada por poder operar de tres formas distintas:
    - planta térmica operando con calor de ambas fuentes de energía térmica simultáneamente (calor de combustión de origen fósil y calor de origen residual),
    - planta térmica operando con calor de combustibles de origen fósil solamente,
    - planta térmica operando con calor de origen residual solamente.
    3a. Procedimiento de operación de la PLANTA TÉRMICA DE MÓDULOS CONVERSORES DE ENERGÍA ACOPLADOS EN CASCADA CON CALOR DE ORIGEN FÓSIL Y/O RESIDUAL, según reivindicación 1a, caracterizada por aprovechar simultáneamente las dos fuentes de energía térmica (de combustión de origen fósil y la residual), para lo cual, la soplante de alimentación de aire (21) a la cámara de combustión (23), bombea aire atmosférico a través del calentador de aire de combustión (22) por el conducto de alimentación de aire (22), mientras por el conducto de alimentación de combustible (1) se añade combustible de procedencia
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    fósil tal como fueloil, diésel, gas natural o hidrógeno entre otros. Los gases de la combustión a alta temperatura pasan a través del intercambiador recuperador de calor (31) de alimentación térmica a una cascada de módulos conversores termo mecánicos (20). Los gases de combustión que abandonan el intercambiador recuperador de calor (31) de alta temperatura, pasan seguidamente a través del intercambiador recuperador de calor (32) de alimentación térmica a los módulos conversores termo mecánicos (20) que operan a baja temperatura. Los gases de combustión que abandonan el intercambiador recuperador de calor (32) de baja temperatura pasan por el calentador de aire (22) hacia la atmósfera, donde ceden calor al aire de combustión con el consiguiente incremento de temperatura.
    La transferencia de calor desde los intercambiadores recuperadores de calor de alta y baja temperatura (31) y (32) se efectúa mediante un circuito térmico calefactor por el que circula un fluido térmico calefactor impulsado por la bomba de circulación (5) del circuito calefactor, el cual captura calor en el intercambiador recuperador de calor residual (26), donde incrementa su temperatura y seguidamente recupera calor de los intercambiadores recuperadores de calor de alta y baja temperatura (31) y (32) que es transferido a los módulos conversores termomecánicos (20), siendo aspirado de nuevo a baja temperatura por la bomba (5), repitiendo el ciclo de transferencia de calor.
    4a. Procedimiento de operación de la PLANTA TÉRMICA DE MÓDULOS CONVERSORES DE ENERGÍA ACOPLADOS EN CASCADA CON CALOR DE ORIGEN FÓSIL Y/O RESIDUAL, según reivindicación 1a, caracterizada por aprovechar el calor de la fuente de energía térmica procedente de la combustión de origen fósil, para lo cual, la soplante de alimentación de aire (21) a la cámara de combustión (23), bombea aire atmosférico a través del calentador de aire de combustión (22) por el conducto de alimentación de aire (22), mientras por el conducto de alimentación de combustible (1) se añade combustible de procedencia fósil tal como fueloil, diésel, gas natural o hidrógeno entre otros. Los gases de la combustión a alta temperatura pasan a través del intercambiador recuperador de calor (31) de alimentación térmica a una cascada de módulos conversores termo mecánicos (20). Los gases de combustión que abandonan el intercambiador recuperador de calor (31) de alta temperatura, pasan seguidamente a través del intercambiador recuperador de calor (32) de alimentación térmica a los módulos conversores termo mecánicos (20) que operan a baja temperatura. Los gases de combustión que abandonan el intercambiador recuperador de calor (32) de baja temperatura pasan por el calentador
    de aire (22) hacia la atmósfera, donde ceden calor al aire de combustión con el consiguiente incremento de temperatura.
    La transferencia de calor desde los intercambiadores recuperadores de calor de alta y baja temperatura (31) y (32) se efectúa mediante un circuito térmico calefactor por el 5 que circula un fluido térmico calefactor impulsado por la bomba de circulación (5) del circuito calefactor, el cual recupera calor de los ¡ntercambiadores recuperadores de calor de alta y baja temperatura (31) y (32) que es transferido a los módulos conversores termomecánicos (20), siendo aspirado de nuevo a baja temperatura por la bomba (5), repitiendo el ciclo de transferencia de calor.
    10
    5a. Procedimiento de operación de la PLANTA TÉRMICA DE MÓDULOS CONVERSORES DE ENERGÍA ACOPLADOS EN CASCADA CON CALOR DE ORIGEN FÓSIL Y/O RESIDUAL, según reivindicación 1a, caracterizada por aprovechar el calor de la fuente de energía térmica residual procedente de procesos 15 industriales, incluyendo gases de combustión de máquinas térmicas, para lo cual, la transferencia de calor desde un intercambiador recuperador de calor residual (26) se efectúa mediante un circuito térmico calefactor por el que circula un fluido térmico calefactor impulsado por la bomba de circulación (5) que lo hace circular por el citado recuperador de calor residual (26) para transferir el calor recuperado a los módulos 20 conversores termo mecánicos (20), siendo aspirado de nuevo a baja temperatura por la bomba (5), repitiendo el ciclo de transferencia de calor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4747271A (en) * 1986-07-18 1988-05-31 Vhf Corporation Hydraulic external heat source engine
DE102010018654A1 (de) * 2010-04-28 2011-11-03 Martin Degener Zyklisch arbeitende Wärme-Kraftmaschine
ES2571004A1 (es) * 2014-11-20 2016-05-23 Univ Coruna Planta térmica con ciclos de procesos cerrados acoplados en cascada

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4747271A (en) * 1986-07-18 1988-05-31 Vhf Corporation Hydraulic external heat source engine
DE102010018654A1 (de) * 2010-04-28 2011-11-03 Martin Degener Zyklisch arbeitende Wärme-Kraftmaschine
ES2571004A1 (es) * 2014-11-20 2016-05-23 Univ Coruna Planta térmica con ciclos de procesos cerrados acoplados en cascada

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