ES2680043A1 - Regenerative alternative thermal machine with double effect, closed and open processes and its operating procedure (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents

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Abstract

The invention denominated alternative thermal regenerative machine of double effect, of closed and open processes and its operating procedure, has the objective of converting thermal energy to mechanical and/or electrical energy via mechanical energy and consists of a regenerative thermal cycle, implemented on an alternative thermal machine of double regenerative effect that operates with helium as a working fluid between two thermal sources (the hot source that gives heat to the cycle and the cold source that absorbs heat from the cycle). (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

MÁQUINA TÉRMICA ALTERNATIVA REGENERATIVA DE DOBLE EFECTO, DE PROCESOS CERRADOS Y ABIERTOS Y SU PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓNREGENERATIVE ALTERNATIVE THERMAL MACHINE OF DOUBLE EFFECT, OF CLOSED AND OPEN PROCESSES AND ITS OPERATION PROCEDURE

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓNTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

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La presente invención pertenece al campo técnico de la conversión de energía térmica a mecánica y/o energía eléctrica vía energía mecánica por medio de la combinación de dos ciclos térmicos.The present invention pertains to the technical field of the conversion of thermal to mechanical energy and / or electrical energy via mechanical energy by means of the combination of two thermal cycles.

10 OBJETIVO DE LA INVENCIÓN10 OBJECTIVE OF THE INVENTION

La invención denominada MÁQUINA TÉRMICA ALTERNATIVA REGENERATIVA DE DOBLE EFECTO, DE PROCESOS CERRADOS Y ABIERTOS Y SU PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN, tiene por objetivo la conversión de energía 15 térmica a mecánica y/o energía eléctrica vía energía mecánica por medio de un ciclo térmico regenerativo de doble efecto, implementado sobre una máquina térmica alternativa de doble efecto regenerativa que opera con helio entre dos fuentes de calor (fuente caliente que cede calor al ciclo y fuente fría que absorbe calor del ciclo) destinada a la conversión de energía térmica en trabajo mecánico y/o potencia 20 eléctrica.The invention referred to as REGENERATIVE THERMAL ALTERNATIVE MACHINE OF DOUBLE EFFECT, OF CLOSED AND OPEN PROCESSES AND ITS OPERATION PROCEDURE, has as an objective the conversion of thermal energy to mechanical energy and / or electrical energy via mechanical energy by means of a double regenerative thermal cycle effect, implemented on an alternative thermal machine with double regenerative effect that operates with helium between two heat sources (hot source that gives heat to the cycle and cold source that absorbs heat from the cycle) destined to convert thermal energy into mechanical work and / or electric power 20.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION

Las máquinas térmicas conocidas hasta la actualidad tienen en común la limitación de 25 la eficiencia térmica impuesta por el factor de Carnot. La máquina objeto del invento no obedece a las restricciones de Carnot como consecuencia del ciclo térmico propuesto en el invento. En consecuencia, en el estado actual de la tecnología no se conocen máquinas térmicas alternativas de doble efecto regenerativas de procesos abiertos y cerrados para la conversión de energía térmica a trabajo mecánico y/o potencia 30 eléctrica de las características de este invento.The thermal machines known to date have in common the limitation of the thermal efficiency imposed by the Carnot factor. The machine object of the invention does not obey Carnot's restrictions as a result of the thermal cycle proposed in the invention. Consequently, in the current state of the technology there are no known alternative thermal double-acting regenerative machines of open and closed processes for the conversion of thermal energy to mechanical work and / or electrical power of the characteristics of this invention.

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DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION

El invento denominado MÁQUINA TÉRMICA ALTERNATIVA REGENERATIVA DE DOBLE EFECTO, DE PROCESOS CERRADOS Y ABIERTOS Y SU PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN, consta de un ciclo térmico no convencional ¡mplementado mediante una máquina térmica alternativa de doble efecto, regenerativa que opera con procesos cerrados y abiertos con un fluido térmico de trabajo (helio). Está constituida por un ciclo térmico no convencional ¡mplementado mediante una máquina térmica alternativa de doble efecto, regenerativa que opera con procesos cerrados y abiertos utilizando un fluido térmico de trabajo (helio), la cual está dotada de dos focos térmicos (uno de alta temperatura para calentar el fluido térmico de trabajo que actúa de fuente de calor y otro de baja temperatura para enfriar el fluido térmico de trabajo que actúa de sumidero de calor), donde ambos focos están constituidos por intercambiadores de calor, y donde el foco caliente consiste en al menos dos intercambiadores de calor, que transfieren alternativamente calor desde un fluido de transferencia de calor (helio o hidrógeno) al fluido térmico de trabajo (helio) del ciclo térmico ¡mplementado por el cilindro termo-actuador,The invention called REGENERATIVE ALTERNATIVE THERMAL MACHINE OF DOUBLE EFFECT, OF CLOSED AND OPEN PROCESSES AND ITS OPERATING PROCEDURE, consists of an unconventional thermal cycle complemented by an alternative double-acting, regenerative thermal machine that operates with closed and open processes with a closed and open process. thermal work fluid (helium). It is constituted by an unconventional thermal cycle complemented by an alternative double-acting, regenerative thermal machine that operates with closed and open processes using a working thermal fluid (helium), which is equipped with two thermal bulbs (one of high temperature to heat the working thermal fluid that acts as a heat source and a low temperature one to cool the working thermal fluid that acts as a heat sink), where both foci are constituted by heat exchangers, and where the hot spot consists of at least two heat exchangers, which alternately transfer heat from a heat transfer fluid (helium or hydrogen) to the thermal working fluid (helium) of the thermal cycle, supplemented by the thermo-actuator cylinder,

y donde el calor para calentar el fluido de transferencia de calor procede de cualquier fuente disponible de calor tal como fluido de trabajo del compresor, la energía nuclear, energía térmica de combustiones fósiles, calor de origen termosolar, geotérmica, residual de alta, media e incluso de baja temperatura,and where the heat to heat the heat transfer fluid comes from any available source of heat such as compressor working fluid, nuclear energy, fossil combustion thermal energy, heat of thermosolar, geothermal, high residual, medium e even low temperature,

y donde el foco frío o sumidero de calor consiste en al menos dos intercambiadores de calor, que transfieren alternativamente calor desde un fluido térmico de trabajo (helio) del ciclo térmico ¡mplementado por el cilindro termo-actuador, al fluido de transferencia de calor (helio o hidrógeno), el cual es enfriado por medio de un refrigerante que puede ser aire o agua a temperatura ambiente, una máquina frigorífica de compresión de vapor, la evacuación de un turbo-expansor a temperatura sub-ambiental, o una torre de enfriamiento convencional por aire o agua, dotada de dos focos térmicos de alta y baja temperatura formados por intercambiadores de calor), donde el foco caliente consiste en un intercambiador de calor que transfiere calor desde un fluido de transferencia de calor (helio o hidrógeno) al fluido térmico de trabajo (helio) del ciclo térmico ¡mplementado por el cilindro termo-actuador alternativo de doble efecto y regenerativo, donde el calor procede de cualquier fuente disponible de calor tal comoand where the cold focus or heat sink consists of at least two heat exchangers, which alternately transfer heat from a working thermal fluid (helium) of the thermal cycle complemented by the thermo-actuator cylinder, to the heat transfer fluid ( helium or hydrogen), which is cooled by means of a refrigerant that can be air or water at room temperature, a steam compression refrigeration machine, the evacuation of a turbo-expander at sub-ambient temperature, or a cooling tower conventional by air or water, equipped with two high and low temperature thermal bulbs formed by heat exchangers), where the hot spot consists of a heat exchanger that transfers heat from a heat transfer fluid (helium or hydrogen) to the fluid Working thermal (helium) of the thermal cycle, supplemented by the double-acting and regenerative alternative thermo-actuator cylinder, where the heat comes from any f Available heat source such as

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fluido de trabajo del compresor, la energía nuclear, energía térmica de combustiones fósiles, termosolar, geotérmica, residual de alta, media e incluso de baja temperatura, y donde el foco frío o sumidero de calor consiste en un intercambiador de calor que transfiere calor desde el fluido térmico de trabajo (helio) del ciclo térmico implementado por el cilindro termo-actuador alternativo de doble efecto y regenerativo, a un fluido de transferencia de calor (helio o hidrógeno), el cual es enfriado por medio de un refrigerante que puede ser al aire o agua a temperatura ambiente, una máquina frigorífica de compresión de vapor, la evacuación de un turbo expansor a temperatura sub-ambiental, o una torre de enfriamiento convencional por aire o agua.working fluid of the compressor, nuclear energy, thermal energy from fossil combustion, thermosolar, geothermal, residual high, medium and even low temperature, and where the cold focus or heat sink consists of a heat exchanger that transfers heat from The working thermal fluid (helium) of the thermal cycle implemented by the double-acting and regenerative alternative thermo-actuator cylinder, to a heat transfer fluid (helium or hydrogen), which is cooled by means of a refrigerant that can be at air or water at room temperature, a steam compression refrigeration machine, the evacuation of a turbo expander at sub-ambient temperature, or a conventional air or water cooling tower.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASDESCRIPTION OF THE FIGURES

En esta sección se describen a modo ilustrativo y no limitativo, los componentes que constituyen la MÁQUINA TÉRMICA ALTERNATIVA REGENERATIVA DE DOBLE EFECTO, DE PROCESOS CERRADOS Y ABIERTOS Y SU PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN para facilitar la comprensión de la invención, en donde se hace referencia a las siguientes figuras:This section describes, by way of illustration and non-limitation, the components that constitute the REGENERATIVE ALTERNATIVE THERMAL MACHINE OF DOUBLE EFFECT, OF CLOSED AND OPEN PROCESSES AND ITS OPERATION PROCEDURE to facilitate the understanding of the invention, where reference is made to the following figures:

La figura 1 muestra la estructura de la máquina térmica alternativa regenerativa de doble efecto y de procesos cerrados y abiertos, cuyos componentes incluyen:Figure 1 shows the structure of the alternative double-acting regenerative thermal machine with closed and open processes, whose components include:

- conducto de descarga (14) del compresor (11) a los intercambiadores de calor de alta temperatura o fuente térmica del ciclo- discharge duct (14) from the compressor (11) to the high temperature heat exchangers or thermal source of the cycle

- conducto de retorno (15) de los intercambiadores de calor de alta temperatura hacia el turbo-expansor (12)- return duct (15) of the high temperature heat exchangers to the turbo-expander (12)

- conducto de evacuación (16) desde el turbo-expansor (12) hacia los intercambiadores de calor de baja temperatura o sumideros térmicos del ciclo térmico- evacuation duct (16) from the turbo-expander (12) to the low temperature heat exchangers or thermal sinks of the thermal cycle

- conducto de retorno (17) de los intercambiadores de calor de baja temperatura (sumideros) hacia el compresor (11)- return duct (17) of the low temperature heat exchangers (sinks) towards the compressor (11)

- cilindro termo-actuador de doble efecto (1), intercomunicado con los intercambiadores de calor (20) y (21) de suministro de calor de alta temperatura con los intercambiadores de calor (30) y (31) de absorción de calor de baja temperatura- double acting thermo-actuator cylinder (1), intercommunicated with heat exchangers (20) and (21) high temperature heat supply with heat exchangers (30) and (31) low heat absorption temperature

- émbolo (2) del cilindro termo-actuador de doble efecto (1)- piston (2) of the double acting thermo-actuator cylinder (1)

- intercambiadores de calor (20) y (21) de suministro alternativo de calor de alta temperatura al cilindro termo-actuador de doble efecto (1)- heat exchangers (20) and (21) of alternative high temperature heat supply to the double acting thermo-actuator cylinder (1)

- válvulas de intercomunicación (22) y (23) entre los intercambiadores de calor (20) y (21) con el cilindro termo-actuador de doble efecto (1).- intercom valves (22) and (23) between the heat exchangers (20) and (21) with the double acting thermo-actuator cylinder (1).

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- intercambiadores de calor (30) y (31) que de modo alternativo hacen de sumidero térmico de baja temperatura- heat exchangers (30) and (31) that alternatively act as a low temperature thermal sink

- válvulas de intercomunicación (32) y (33) entre los intercambiadores de calor (30) y (31) con el cilindro termo-actuador de doble efecto (1).- intercom valves (32) and (33) between heat exchangers (30) and (31) with the double acting thermo-actuator cylinder (1).

- válvulas de regeneración de presión (34) y (35) de aspiración del compresor de regeneración (13).- pressure regeneration valves (34) and (35) suction of the regeneration compressor (13).

- válvulas de regeneración de presión (24) y (25) de descarga del compresor de regeneración (13).- pressure regeneration valves (24) and (25) of regeneration compressor discharge (13).

La figura 2 muestra la estructura de dos unidades de potencia acopladas en serie formadas por sus respectivos cilindros termo-actuadores de doble efecto (1), alimentadas por los conductos (14) y (15) para fuente térmica de alta temperatura y conductos (16) y (17) para el sumidero de calor.Figure 2 shows the structure of two power units coupled in series formed by their respective double-acting thermo-actuator cylinders (1), fed by the ducts (14) and (15) for high temperature thermal source and ducts (16 ) and (17) for the heat sink.

La figura 3 muestra la estructura de la máquina objeto del invento dotada de los medios de calentamiento y enfriamiento o extracción de calor del fluido térmico de trabajo, para la que se propone varios medios técnicos convencionales alternativos de suministro de energía térmica para calentamiento del fluido de trabajo, así como medios de extracción de calor para enfriamiento del fluido de trabajo, donde para el caso de calentamiento y enfriamiento mediante ciclo Brayton inverso, incluye los siguientes componentes:Figure 3 shows the structure of the machine object of the invention provided with the heating and cooling or heat extraction means of the working thermal fluid, for which several alternative conventional technical means of thermal energy supply for heating the fluid of work, as well as heat extraction means for cooling the working fluid, where in the case of heating and cooling by reverse Brayton cycle, it includes the following components:

- motor eléctrico de arranque (10)- electric starter motor (10)

- compresor del ciclo Brayton inverso (11)- reverse Brayton cycle compressor (11)

- turbo-expansor del ciclo Brayton (12)- turbo-expander of the Brayton cycle (12)

- conducto de descarga (14) del compresor (11) a los intercambiador de calor de alta temperatura o fuente térmica del ciclo- discharge duct (14) from the compressor (11) to the high temperature heat exchanger or thermal source of the cycle

- conducto de retorno (15) de los intercambiadores de calor de alta temperatura (o fuente térmica del ciclo térmico) al turbo-expansor (12) del ciclo Brayton inverso- return duct (15) of the high temperature heat exchangers (or thermal source of the thermal cycle) to the turbo-expander (12) of the reverse Brayton cycle

- conducto de evacuación (16) desde el turbo-expansor (12) del ciclo Brayton inverso hacia los intercambiadores de calor de baja temperatura o sumideros térmicos del ciclo térmico- evacuation duct (16) from the turbo-expander (12) of the reverse Brayton cycle to the low temperature heat exchangers or thermal sinks of the thermal cycle

- conducto de retorno (17) de los intercambiadores de calor de baja temperatura (sumideros) hacia el compresor (11) del ciclo Brayton inverso y donde para los casos en que se utiliza calor de otro tipo de energía como fluido de trabajo del compresor, la energía nuclear, o térmica de combustiones fósiles, o termosolar, o geotérmica, o- return duct (17) of the low temperature heat exchangers (sinks) to the compressor (11) of the reverse Brayton cycle and where for cases where heat of other energy is used as the working fluid of the compressor, nuclear, or thermal energy from fossil, or thermosolar, or geothermal combustion, or

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residual de alta temperatura, media e incluso de baja temperatura, así como frío procedente del aire o agua a temperatura ambiente, de máquinas frigoríficas de compresión de vapor o a temperatura sub-ambiental, o la evacuación de turbo- expansores a temperatura sub-ambiental, o una torre de enfriamiento convencional, está dotada de los conductos y válvulas de entrada y salida del fluido de transferencia de calor tanto para suministro de calor para calentar el fluido térmico de trabajo como para extracción de calor para enfriar el fluido térmico de trabajo, que incluye los siguientes componentes:High temperature, medium and even low temperature waste, as well as cold from air or water at room temperature, from steam compression refrigeration machines or at sub-ambient temperature, or the evacuation of turbo-expanders at sub-ambient temperature, or a conventional cooling tower, is provided with the inlet and outlet ducts and valves of the heat transfer fluid for both heat supply to heat the working thermal fluid and for heat extraction to cool the working thermal fluid, which It includes the following components:

- válvula de aspiración (40) del compresor (11)- compressor suction valve (40) (11)

- válvula de descarga (41) del compresor (11)- discharge valve (41) of the compressor (11)

- válvula de alimentación (42) del turbo-expansor (12)- turbo-expander feed valve (42) (12)

- válvula de evacuación (43) del turbo-expansor (12)- evacuation valve (43) of the turbo-expander (12)

- válvula de entrada del fluido refrigerante (44)- coolant inlet valve (44)

- válvula de retorno del fluido refrigerante (45)- refrigerant fluid return valve (45)

- válvula de entrada (46) del fluido térmico de transferencia de calor- heat transfer fluid inlet valve (46)

- válvula de retorno (47) del fluido térmico de transferencia de calor- return valve (47) of heat transfer thermal fluid

y donde la máquina térmica alternativa regenerativa de doble efecto y de procesos cerrados y abiertos, incluye los siguientes componentes:and where the alternative double-acting regenerative thermal machine with closed and open processes includes the following components:

- conducto de descarga del compresor (14) a los intercambiadores de calor de alta temperatura o fuente térmica del ciclo- compressor discharge duct (14) to high temperature heat exchangers or cycle thermal source

- conducto de retorno (15) de los intercambiadores de calor de alta temperatura- return duct (15) of high temperature heat exchangers

- conducto de evacuación (16) desde el turbo-expansor (12) hacia los intercambiadores de calor de baja temperatura o sumideros térmicos del ciclo térmico- evacuation duct (16) from the turbo-expander (12) to the low temperature heat exchangers or thermal sinks of the thermal cycle

- conducto de retorno (17) de los intercambiadores de calor de baja temperatura (sumideros) hacia el compresor (11)- return duct (17) of the low temperature heat exchangers (sinks) towards the compressor (11)

- cilindro termo-actuador de doble efecto (1), intercomunicado con los intercambiadores de calor (20) y (21) de suministro de calor de alta temperatura y con los intercambiadores de calor (30) y (31) de absorción de calor de baja temperatura- double acting thermo-actuator cylinder (1), intercommunicated with heat exchangers (20) and (21) of high temperature heat supply and with heat exchangers (30) and (31) of heat absorption of low temperature

- émbolo (2) del cilindro termo-actuador de doble efecto (1)- piston (2) of the double acting thermo-actuator cylinder (1)

- intercambiadores de calor (20) y (21) de suministro alternativo de calor de alta temperatura a un cilindro termo-actuador de doble efecto (1)- heat exchangers (20) and (21) of alternative high temperature heat supply to a double acting thermo-actuator cylinder (1)

- válvulas de intercomunicación (22) y (23) entre los intercambiadores de calor (20) y (21) con el cilindro termo-actuador de doble efecto (1).- intercom valves (22) and (23) between the heat exchangers (20) and (21) with the double acting thermo-actuator cylinder (1).

- intercambiadores de calor (30) y (31) que de modo alternativo hacen de sumidero térmico de baja temperatura- heat exchangers (30) and (31) that alternatively act as a low temperature thermal sink

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- válvulas de intercomunicación (32) y (33) entre los ¡ntercambiadores de calor (30) y (31) con el cilindro termo-actuador de doble efecto (1).- intercom valves (32) and (33) between the heat exchangers (30) and (31) with the double acting thermo-actuator cylinder (1).

- válvulas de regeneración de presión (34) y (35) de aspiración del compresor de regeneración (13).- pressure regeneration valves (34) and (35) suction of the regeneration compressor (13).

- válvulas de regeneración de presión (24) y (25) de descarga del compresor de regeneración (13).- pressure regeneration valves (24) and (25) of regeneration compressor discharge (13).

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓNDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

La invención denominada MÁQUINA TÉRMICA ALTERNATIVA REGENERATIVA DE DOBLE EFECTO, DE PROCESOS CERRADOS Y ABIERTOS Y SU PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN, está caracterizada por realizar la conversión de energía térmica a mecánica y/o energía eléctrica vía energía mecánica, por medio de un ciclo térmico no convencional implementado mediante una máquina térmica alternativa de doble efecto, regenerativa que opera con procesos cerrados y abiertos utilizando un fluido térmico de trabajo (helio), la cual está dotada de dos focos térmicos (uno de alta temperatura para calentar el fluido térmico de trabajo que actúa de fuente de calor y otro de baja temperatura para enfriar el fluido térmico de trabajo que actúa de sumidero de calor), donde ambos focos están constituidos por ¡ntercambiadores de calor, y donde el foco caliente consiste en al menos dos intercambiadores de calor (20) y (21), que transfieren alternativamente calor desde un fluido de transferencia de calor (helio o hidrógeno) al fluido térmico de trabajo (helio) del ciclo térmico implementado por el cilindro termo-actuador (1), y donde el calor para calentar el fluido de transferencia de calor procede de cualquier fuente disponible de calor tal como fluido de trabajo del compresor, la energía nuclear, energía térmica de combustiones fósiles, calor de origen termosolar, geotérmica, residual de alta, media e incluso de baja temperatura, y donde el foco frío o sumidero de calor consiste en al menos dos intercambiadores de calor (30) y (31), que transfieren alternativamente calor desde un fluido térmico de trabajo (helio) del ciclo térmico implementado por el cilindro termo- actuador (1), al fluido de transferencia de calor (helio o hidrógeno), el cual es enfriado por medio de un refrigerante que puede ser aire o agua a temperatura ambiente, una máquina frigorífica de compresión de vapor, la evacuación de un turbo-expansor a temperatura sub-ambiental, o una torre de enfriamiento convencional por aire o agua, y cuyos componentes incluyen:The invention called REGENERATIVE ALTERNATIVE THERMAL MACHINE OF DOUBLE EFFECT, OF CLOSED AND OPEN PROCESSES AND ITS OPERATION PROCEDURE, is characterized by the conversion of thermal energy to mechanical and / or electrical energy via mechanical energy, by means of an unconventional thermal cycle implemented by an alternative double-acting, regenerative thermal machine that operates with closed and open processes using a working thermal fluid (helium), which is equipped with two thermal bulbs (one of high temperature to heat the working thermal fluid that acts of heat source and another of low temperature to cool the working thermal fluid that acts as a heat sink), where both foci are constituted by heat exchangers, and where the hot spot consists of at least two heat exchangers (20 ) and (21), which alternately transfer heat from a heat transfer fluid (helium or hydrogen) to the thermal working fluid (helium) of the thermal cycle implemented by the thermo-actuator cylinder (1), and where the heat to heat the heat transfer fluid comes from any available source of heat such as working fluid of the Compressor, nuclear energy, thermal energy from fossil combustion, heat of thermal, geothermal, high, medium and even low temperature residual, and where the cold focus or heat sink consists of at least two heat exchangers (30) and (31), which alternately transfer heat from a working thermal fluid (helium) of the thermal cycle implemented by the thermo-actuator cylinder (1), to the heat transfer fluid (helium or hydrogen), which is cooled by means of a refrigerant that can be air or water at room temperature, a steam compression refrigeration machine, the evacuation of a turbo-expander at sub-ambient temperature, or a cooling tower co National by air or water, and whose components include:

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- conducto de entrada (14) del fluido de transferencia de calor de alta temperatura (helio o hidrógeno) a los intercambiadores de calor de alta temperatura o fuente térmica del ciclo- inlet conduit (14) of the high temperature heat transfer fluid (helium or hydrogen) to the high temperature heat exchangers or thermal source of the cycle

- conducto de retorno (15) de los intercambiadores de calor de alta temperatura- return duct (15) of high temperature heat exchangers

- conducto de entrada (16) del fluido de transferencia de calor de baja temperatura (helio o hidrógeno) hacia los intercambiadores de calor de baja temperatura o sumideros térmicos del ciclo térmico- inlet duct (16) of the low temperature heat transfer fluid (helium or hydrogen) to the low temperature heat exchangers or thermal sinks of the thermal cycle

- conducto de retorno (17) de los intercambiadores de calor de baja temperatura (sumideros) hacia el medio de refrigeración utilizado- return duct (17) of low temperature heat exchangers (sinks) to the cooling medium used

- al menos un cilindro termo-actuador de doble efecto (1), intercomunicado con los intercambiadores de calor (20) y (21) de suministro de calor de alta temperatura y con los intercambiadores de calor (30) y (31) de absorción de calor de baja temperatura- at least one double acting thermo-actuator cylinder (1), intercommunicated with heat exchangers (20) and (21) of high temperature heat supply and with heat exchangers (30) and (31) absorption low temperature heat

- intercambiadores de calor (20) y (21) de suministro alternativo de calor de alta temperatura a un cilindro termo-actuador de doble efecto (1)- heat exchangers (20) and (21) of alternative high temperature heat supply to a double acting thermo-actuator cylinder (1)

- válvulas de intercomunicación (22) y (23) entre los intercambiadores de calor (20) y (21) con el cilindro termo-actuador de doble efecto (1).- intercom valves (22) and (23) between the heat exchangers (20) and (21) with the double acting thermo-actuator cylinder (1).

- intercambiadores de calor (30) y (31) que de modo alternativo hacen de sumidero térmico de baja temperatura- heat exchangers (30) and (31) that alternatively act as a low temperature thermal sink

- válvulas de intercomunicación (32) y (33) entre los intercambiadores de calor (30) y (31) con el cilindro termo-actuador de doble efecto (1).- intercom valves (32) and (33) between heat exchangers (30) and (31) with the double acting thermo-actuator cylinder (1).

- válvulas de regeneración de presión (34) y (35) de aspiración del compresor de regeneración (13).- pressure regeneration valves (34) and (35) suction of the regeneration compressor (13).

- válvulas de regeneración de presión (24) y (25) de descarga del compresor de regeneración (13).- pressure regeneration valves (24) and (25) of regeneration compressor discharge (13).

El procedimiento de operación de la máquina térmica regenerativa de procesos cerrados alimentada por las fuentes térmicas caliente y fría es tal que partiendo de una situación inicial con los elementos posicionados según se indica:The operating procedure of the closed process regenerative thermal machine powered by hot and cold thermal sources is such that starting from an initial situation with the elements positioned as indicated:

- émbolo (2) del cilindro termo-actuador (1) posicionado en el punto muerto izquierdo- piston (2) of the thermo-actuator cylinder (1) positioned in the left dead center

- válvulas (26), (37), (32) y (23) abiertas,- valves (26), (37), (32) and (23) open,

- válvulas (27), (36), (24), (35), (22), (33), (25) y (34) cerradas,- valves (27), (36), (24), (35), (22), (33), (25) and (34) closed,

- el fluido de trabajo en el intercambiador de calor (20) caliente y por lo tanto con una presión correspondiente a su temperatura actual,- the working fluid in the hot heat exchanger (20) and therefore with a pressure corresponding to its current temperature,

55

1010

15fifteen

20twenty

2525

3030

3535

- y el fluido de trabajo del intercambiador de calor (31) frío y por lo tanto con una presión correspondiente a su temperatura actual, se cierran las válvulas (26) y (37), se abren las válvulas (27) y (36) y se abren las válvulas (22) y (33), con lo cual el émbolo (2) del cilindro termo-actuador (1) se desplaza hacia la derecha por efecto de la diferencia de presiones entre ambas caras del mismo, realizando trabajo mecánico.- and the working fluid of the heat exchanger (31) cold and therefore with a pressure corresponding to its current temperature, the valves (26) and (37) are closed, the valves (27) and (36) are opened and the valves (22) and (33) are opened, whereby the piston (2) of the thermo-actuator cylinder (1) moves to the right due to the difference in pressure between both faces thereof, performing mechanical work .

Cuando el émbolo (2) se aproxima al punto muerto derecho se procede a la regeneración de presión abriendo las válvulas (35) y (24), y transfiriendo parte del fluido de trabajo mediante el compresor de regeneración (13) desde el intercambiador (31) al intercambiador (20). Al finalizar el proceso de regeneración se cierran las válvulas (35) y (24), las válvulas (22) y (33), las válvulas (27) y (36), y se abren lasWhen the piston (2) approaches the right dead center, pressure is regenerated by opening the valves (35) and (24), and transferring part of the working fluid through the regeneration compressor (13) from the exchanger (31 ) to the exchanger (20). At the end of the regeneration process the valves (35) and (24), the valves (22) and (33), the valves (27) and (36) are closed, and the valves are opened.

válvulas (26) y (37) y las válvulas (23) y (32), con lo que el émbolo inicia elvalves (26) and (37) and valves (23) and (32), whereby the piston starts the

desplazamiento de retorno hacia la izquierda, por efecto de la misma diferencia de presiones.return shift to the left, as a result of the same pressure difference.

Cuando el émbolo (2) se aproxima al punto muerto izquierdo se procede a la regeneración de presión abriendo las válvulas (25) y (34), y transfiriendo parte del fluido de trabajo mediante el compresor de regeneración (13) desde el intercambiador (30) al intercambiador (21). Al finalizar el proceso de regeneración se cierran las válvulas (25) y (34), las válvulas (23) y (32), las válvulas (26) y (37), y se abren lasWhen the piston (2) approaches the left dead center, the pressure is regenerated by opening the valves (25) and (34), and transferring part of the working fluid through the regeneration compressor (13) from the exchanger (30 ) to the exchanger (21). At the end of the regeneration process the valves (25) and (34), the valves (23) and (32), the valves (26) and (37) are closed, and the valves are opened.

válvulas (27) y (36) y las válvulas (22) y (33), para calentar y enfriar el fluido de trabajovalves (27) and (36) and valves (22) and (33), to heat and cool the working fluid

en sus respectivos intercambiadores de calor con lo que da comienzo un nuevo ciclo con el desplazamiento del émbolo hacia la derecha.in their respective heat exchangers, which begins a new cycle with the movement of the piston to the right.

DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES PREFERENTES DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION

La configuración preferente del MÁQUINA TÉRMICA ALTERNATIVA REGENERATIVA DE DOBLE EFECTO, DE PROCESOS CERRADOS Y ABIERTOS Y SU PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN se halla representada en la figura 2, donde se propone una planta dotada de una o más unidades de potencia acopladas en serie con respecto al aporte de calor y en paralelo con respecto a la cesión de calor, donde cada una de las cuales incluye los siguientes componentes:The preferred configuration of the REGENERATIVE ALTERNATIVE THERMAL MACHINE OF DOUBLE EFFECT, OF CLOSED AND OPEN PROCESSES AND ITS OPERATION PROCEDURE is represented in Figure 2, where a plant equipped with one or more power units coupled in series with respect to the contribution is proposed. of heat and in parallel with respect to the transfer of heat, where each of them includes the following components:

- conducto de entrada (14) del fluido de transferencia de calor de alta temperatura (helio o hidrógeno) a los intercambiadores de calor de alta temperatura o fuente térmica del ciclo- inlet conduit (14) of the high temperature heat transfer fluid (helium or hydrogen) to the high temperature heat exchangers or thermal source of the cycle

- conducto de retorno (15) de los intercambiadores de calor de alta temperatura- return duct (15) of high temperature heat exchangers

- conducto de entrada (16) del fluido de transferencia de calor de baja temperatura (helio o hidrógeno) hacia los intercambiadores de calor de baja temperatura o sumideros térmicos del ciclo térmico.- inlet conduit (16) of the low temperature heat transfer fluid (helium or hydrogen) to the low temperature heat exchangers or thermal sinks of the thermal cycle.

5 - conducto de retorno (17) de los intercambiadores de calor de baja temperatura5 - return duct (17) of low temperature heat exchangers

(sumideros) hacia el medio de refrigeración utilizado(sinks) towards the cooling medium used

- al menos un cilindro termo-actuador de doble efecto (1), intercomunicado con los intercambiadores de calor (20) y (21) de suministro de calor de alta temperatura y con los intercambiadores de calor (30) y (31) de absorción de calor de baja temperatura.- at least one double acting thermo-actuator cylinder (1), intercommunicated with heat exchangers (20) and (21) of high temperature heat supply and with heat exchangers (30) and (31) absorption of low temperature heat.

10 - intercambiadores de calor (20) y (21) de suministro alternativo de calor de alta10 - heat exchangers (20) and (21) of alternative high heat supply

temperatura a un cilindro termo-actuador de doble efecto (1)temperature to a double acting thermo-actuator cylinder (1)

- válvulas de intercomunicación (22) y (23) entre los intercambiadores de calor (20) y (21) con el cilindro termo-actuador de doble efecto (1).- intercom valves (22) and (23) between the heat exchangers (20) and (21) with the double acting thermo-actuator cylinder (1).

- intercambiadores de calor (30) y (31) que de modo alternativo hacen de sumidero 15 térmico de baja temperatura- heat exchangers (30) and (31) that alternatively act as a low temperature thermal sink 15

- válvulas de intercomunicación (32) y (33) entre los intercambiadores de calor (30) y (31) con el cilindro termo-actuador de doble efecto (1).- intercom valves (32) and (33) between heat exchangers (30) and (31) with the double acting thermo-actuator cylinder (1).

- válvulas de regeneración de presión (34) y (35) de aspiración del compresor de regeneración (13).- pressure regeneration valves (34) and (35) suction of the regeneration compressor (13).

20 - válvulas de regeneración de presión (24) y (25) de descarga del compresor de20 - pressure regeneration valves (24) and (25) compressor discharge

regeneración (13).regeneration (13).

Claims (1)

55 1010 15fifteen 20twenty 2525 3030 3535 REIVINDICACIONES 1a. MÁQUINA TÉRMICA ALTERNATIVA REGENERATIVA DE DOBLE EFECTO, DE PROCESOS CERRADOS Y ABIERTOS Y SU PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN, está caracterizada por realizar la conversión de energía térmica a mecánica y/o energía eléctrica vía energía mecánica, por medio de un ciclo térmico no convencional implementado mediante una máquina térmica alternativa de doble efecto, regenerativa que opera con procesos cerrados y abiertos utilizando un fluido térmico de trabajo (helio), la cual está dotada de dos focos térmicos (uno de alta temperatura para calentar el fluido térmico de trabajo que actúa de fuente de calor y otro de baja temperatura para enfriar el fluido térmico de trabajo que actúa de sumidero de calor), donde ambos focos están constituidos por intercambiadores de calor, y donde el foco caliente consiste en al menos dos intercambiadores de calor (20) y (21), que transfiere alternativamente calor desde un fluido de transferencia de calor (helio o hidrógeno) al fluido térmico de trabajo (helio) del ciclo térmico implementado por el cilindro termo- actuador (1), y donde el calor para calentar el fluido de transferencia de calor procede de cualquier fuente disponible de calor tal como fluido de trabajo del compresor, la energía nuclear, energía térmica de combustiones fósiles, calor de origen termosolar, geotérmica, residual de alta, media e incluso de baja temperatura, y donde el foco frío o sumidero de calor consiste en al menos dos intercambiadores de calor (30) y (31), que transfieren alternativamente calor desde un fluido térmico de trabajo (helio) del ciclo térmico implementado por el cilindro termo-actuador (1), al fluido de transferencia de calor (helio o hidrógeno), el cual es enfriado por medio de un refrigerante que puede ser aire o agua a temperatura ambiente, una máquina frigorífica de compresión de vapor, la evacuación de un turbo-expansor a temperatura sub-ambiental, o una torre de enfriamiento convencional por aire o agua, y cuyos componentes incluyen:1st. REGENERATIVE ALTERNATIVE THERMAL MACHINE OF DOUBLE EFFECT, OF CLOSED AND OPEN PROCESSES AND ITS OPERATION PROCEDURE, is characterized by the conversion of thermal energy to mechanical and / or electrical energy via mechanical energy, by means of an unconventional thermal cycle implemented by means of a alternative double-acting, regenerative thermal machine that operates with closed and open processes using a working thermal fluid (helium), which is equipped with two thermal bulbs (one of high temperature to heat the working thermal fluid that acts as a source of heat and other low temperature to cool the working thermal fluid that acts as a heat sink), where both foci are constituted by heat exchangers, and where the hot spot consists of at least two heat exchangers (20) and (21 ), which alternately transfers heat from a heat transfer fluid (helium or hydrogen) to the fluid t Working heat (helium) of the thermal cycle implemented by the thermo-actuator cylinder (1), and where the heat to heat the heat transfer fluid comes from any available source of heat such as compressor working fluid, nuclear energy , fossil combustion thermal energy, heat of thermosolar, geothermal, high, medium and even low temperature residual, and where the cold focus or heat sink consists of at least two heat exchangers (30) and (31), which alternately transfer heat from a working thermal fluid (helium) of the thermal cycle implemented by the thermo-actuator cylinder (1), to the heat transfer fluid (helium or hydrogen), which is cooled by means of a refrigerant that can be air or water at room temperature, a steam compression refrigeration machine, the evacuation of a turbo-expander at sub-ambient temperature, or a conventional air or water cooling tower, and whose components include: - conducto de entrada (14) del fluido de transferencia de calor de alta temperatura (helio o hidrógeno) a los intercambiador de calor de alta temperatura o fuente térmica del ciclo.- inlet conduit (14) of the high temperature heat transfer fluid (helium or hydrogen) to the high temperature heat exchanger or thermal source of the cycle. - conducto de retorno (15) de los intercambiadores de calor de alta temperatura- return duct (15) of high temperature heat exchangers - conducto de entrada (16) del fluido de transferencia de calor de baja temperatura (helio o hidrógeno) hacia los intercambiadores de calor de baja temperatura o sumideros térmicos del ciclo térmico.- inlet conduit (16) of the low temperature heat transfer fluid (helium or hydrogen) to the low temperature heat exchangers or thermal sinks of the thermal cycle. - conducto de retorno (17) de los intercambiadores de calor de baja temperatura (sumideros) hacia el medio de refrigeración utilizado.- return duct (17) of the low temperature heat exchangers (sinks) to the cooling medium used. 55 1010 15fifteen 20twenty 2525 3030 3535 - al menos un cilindro termo-actuador de doble efecto (1), intercomunicado con los intercambiadores de calor (20) y (21) de suministro de calor de alta temperatura y con los intercambiadores de calor (30) y (31) de absorción de calor de baja temperatura- at least one double acting thermo-actuator cylinder (1), intercommunicated with heat exchangers (20) and (21) of high temperature heat supply and with heat exchangers (30) and (31) absorption low temperature heat - intercambiadores de calor (20) y (21) de suministro alternativo de calor de alta temperatura a un cilindro termo-actuador de doble efecto (1).- heat exchangers (20) and (21) of alternative high temperature heat supply to a double acting thermo-actuator cylinder (1). - válvulas de intercomunicación (22) y (23) entre los intercambiadores de calor (20) y (21) con el cilindro termo-actuador de doble efecto (1).- intercom valves (22) and (23) between the heat exchangers (20) and (21) with the double acting thermo-actuator cylinder (1). - intercambiadores de calor (30) y (31) que de modo alternativo hacen de sumidero térmico de baja temperatura.- heat exchangers (30) and (31) that alternatively act as a low temperature thermal sink. - válvulas de intercomunicación (32) y (33) entre los intercambiadores de calor (30) y (31) con el cilindro termo-actuador de doble efecto (1).- intercom valves (32) and (33) between heat exchangers (30) and (31) with the double acting thermo-actuator cylinder (1). - válvulas de regeneración de presión (34) y (35) de aspiración del compresor de regeneración (13).- pressure regeneration valves (34) and (35) suction of the regeneration compressor (13). - válvulas de regeneración de presión (24) y (25) de descarga del compresor de regeneración (13).- pressure regeneration valves (24) and (25) of regeneration compressor discharge (13). 2a. MÁQUINA TÉRMICA ALTERNATIVA REGENERATIVA DE DOBLE EFECTO, DE PROCESOS CERRADOS Y ABIERTOS Y SU PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN, según reivindicación primera, caracterizada por estar constituida por una o más unidades constituidas por cilindros termo-actuadores de doble efecto regenerativos (1) acoplados en serie con respecto al aporte de calor y en paralelo con respecto a la cesión de calor, donde cada uno de los cuales incluye los componentes de la reivindicación 1a.2nd. REGENERATIVE ALTERNATIVE THERMAL MACHINE OF DOUBLE EFFECT, OF CLOSED AND OPEN PROCESSES AND ITS OPERATING PROCEDURE, according to claim one, characterized by being constituted by one or more units consisting of regenerative double-acting thermo-actuating cylinders (1) coupled in series with respect to the heat input and in parallel with respect to the heat transfer, wherein each of them includes the components of claim 1a. 3a. Procedimiento de operación de la MÁQUINA TÉRMICA ALTERNATIVA REGENERATIVA DE DOBLE EFECTO, DE PROCESOS CERRADOS Y ABIERTOS según reivindicación 1a, es tal que partiendo de una situación inicial con los elementos posicionados según se indica:3rd. Operational procedure of the REGENERATIVE ALTERNATIVE THERMAL MACHINE OF DOUBLE EFFECT, OF CLOSED AND OPEN PROCESSES according to claim 1, is such that starting from an initial situation with the elements positioned as indicated: - émbolo (2) del cilindro termo-actuador (1) posicionado en el punto muerto izquierdo- piston (2) of the thermo-actuator cylinder (1) positioned in the left dead center - válvulas (26), (37), (32) y (23) abiertas,- valves (26), (37), (32) and (23) open, - válvulas (27), (36), (24), (35), (22), (33), (25) y (34) cerradas,- valves (27), (36), (24), (35), (22), (33), (25) and (34) closed, - el fluido de trabajo en el intercambiador de calor (20) caliente y por lo tanto con una presión correspondiente a su temperatura actual,- the working fluid in the hot heat exchanger (20) and therefore with a pressure corresponding to its current temperature, - y el fluido de trabajo del intercambiador de calor (31) frío y por lo tanto con una presión correspondiente a su temperatura actual, se cierran las válvulas (26) y (37), se- and the working fluid of the heat exchanger (31) cold and therefore with a pressure corresponding to its current temperature, the valves (26) and (37) are closed, abren las válvulas (27) y (36) y se abren las válvulas (22) y (33), con lo cual el émbolo (2) del cilindro termo-actuador (1) se desplaza hacia la derecha por efecto de la diferencia de presiones entre ambas caras del mismo, realizando trabajo mecánico.the valves (27) and (36) open and the valves (22) and (33) are opened, whereby the piston (2) of the thermo-actuator cylinder (1) moves to the right due to the difference in pressures between both sides of it, performing mechanical work. 5 Cuando el émbolo (2) se aproxima al punto muerto derecho se procede a la regeneración de presión abriendo las válvulas (35) y (24), y transfiriendo parte del fluido de trabajo mediante el compresor de regeneración (13) desde el intercambiador (31) al ¡ntercambiador (20). Al finalizar el proceso de regeneración se cierran las válvulas (35) y (24), las válvulas (22) y (33), las válvulas (27) y (36), y se abren las 10 válvulas (26) y (37) y las válvulas (23) y (32), con lo que el émbolo inicia el desplazamiento de retorno hacia la izquierda, por efecto de la misma diferencia de presiones.5 When the piston (2) approaches the right dead center, pressure is regenerated by opening the valves (35) and (24), and transferring part of the working fluid through the regeneration compressor (13) from the exchanger ( 31) to the exchanger (20). At the end of the regeneration process the valves (35) and (24), the valves (22) and (33), the valves (27) and (36) are closed, and the 10 valves (26) and (37) are opened ) and the valves (23) and (32), with which the piston starts the return movement to the left, as a result of the same pressure difference. Cuando el émbolo se aproxima al muerto izquierdo se procede a la regeneración de 15 presión abriendo las válvulas (25) y (34), y transfiriendo parte del fluido de trabajo mediante el compresor de regeneración (13) desde el ¡ntercambiador (30) al ¡ntercambiador (21). Al finalizar el proceso de regeneración se cierran las válvulas (25) y (34), las válvulas (23) y (32), las válvulas (26) y (37), y se abren las válvulas (27) y (36) y las válvulas (22) y (33) para calentar y enfriar el fluido de trabajo en sus 20 respectivos intercambiadores de calor, con lo que da comienzo un nuevo ciclo con el desplazamiento del émbolo hacia la derecha.When the piston approaches the left dead, the pressure is regenerated by opening the valves (25) and (34), and transferring part of the working fluid through the regeneration compressor (13) from the exchanger (30) to the Exchanger (21). At the end of the regeneration process the valves (25) and (34), the valves (23) and (32), the valves (26) and (37) are closed, and the valves (27) and (36) are opened and the valves (22) and (33) to heat and cool the working fluid in their respective 20 heat exchangers, thereby starting a new cycle with the piston movement to the right.
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DE102010018654A1 (en) * 2010-04-28 2011-11-03 Martin Degener Cyclically operating heat engine has base body, expansion space and compression space, where expansion space and compression space are formed in base body
ES2571004A1 (en) * 2014-11-20 2016-05-23 Univ Coruna Thermal plant with closed process cycles coupled in cascade (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

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