ES2680043B1 - Regenerative alternative thermal machine with double effect, closed and open processes and its operating procedure - Google Patents

Regenerative alternative thermal machine with double effect, closed and open processes and its operating procedure Download PDF

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ES2680043B1 ES201700181A ES201700181A ES2680043B1 ES 2680043 B1 ES2680043 B1 ES 2680043B1 ES 201700181 A ES201700181 A ES 201700181A ES 201700181 A ES201700181 A ES 201700181A ES 2680043 B1 ES2680043 B1 ES 2680043B1
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Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

MÁQUINA TÉRMICA ALTERNATIVA REGENERATIVA DE DOBLE EFECTO, DEDOUBLE EFFECTIVE REGENERATIVE ALTERNATIVE THERMAL MACHINE, OF

PROCESOS CERRADOS Y ABIERTOS Y SU PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓNCLOSED AND OPEN PROCESSES AND THEIR OPERATING PROCEDURE

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓNTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

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 belongs to the technical field of the conversion of thermal energy to mechanical and / or electrical energy via mechanical energy by means of the combination of two thermal cycles.

OBJETIVO DE LA INVENCIÓNOBJECTIVE 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 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 eléctrica.The invention called DOUBLE EFFECT REGENERATIVE ALTERNATIVE THERMAL MACHINE, CLOSED AND OPEN PROCESSES AND ITS OPERATING PROCEDURE, aims at the conversion of thermal energy to mechanical and / or electrical energy via mechanical energy by means of a double-effect regenerative thermal cycle , implemented on an alternative thermal machine of double regenerative effect that operates with helium between two heat sources (hot source that yields heat to the cycle and cold source that absorbs heat from the cycle) destined to the conversion of thermal energy into mechanical work and / or electric power.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION

Las máquinas térmicas conocidas hasta la actualidad tienen en común la limitación de 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 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 the restrictions of Carnot as a consequence of the thermal cycle proposed in the invention. Consequently, in the current state of technology, there are no known alternative double-effect regenerative thermal 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.

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),The invention called DOUBLE EFFECT REGENERATIVE ALTERNATIVE THERMAL MACHINE, CLOSED AND OPEN PROCESSES AND ITS OPERATING PROCEDURE, consists of an unconventional thermal cycle implemented by means of an alternative, double-effect, regenerative thermal machine that operates with closed and open processes with a thermal fluid of work (helium). It is constituted by an unconventional thermal cycle, implemented by means of an alternative double-effect, regenerative thermal machine that operates with closed and open processes using a thermal working fluid (helium), which is equipped with two thermal foci (one of high temperature to heat the working thermal fluid that acts as a source of heat and another of low temperature to cool the thermal fluid that acts as a heat sink),

donde ambos focos están constituidos por intercambiadores de calor,where both focuses are constituted by heat exchangers,

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,and where the hot focus consists of at least two heat exchangers, which alternatively 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,

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 fuel thermal energy, solar thermal, geothermal, high residual, medium heat and even at 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 como 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.and where the cold focus or heat sink consists of at least two heat exchangers, which alternatively transfer heat from a thermal working fluid (helium) of the thermal cycle implemented 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 foci formed by heat exchangers), where the hot focus consists of a heat exchanger that transfers heat from a heat transfer fluid (helium or hydrogen) to the fluid thermal work (helium) thermal cycle implemented by the cylinder alternative actuator of double effect and regenerative, where the heat comes from any f Available heat source such as Compressor work fluid, nuclear energy, fossil combustion thermal energy, thermosolar, geothermal, high, medium and even low temperature residual, and where the cold focus or heat sink consists of a heat exchanger that transfers heat from the thermal working fluid (helium) of the thermal cycle implemented by the reciprocating double-acting alternative thermo-actuator cylinder, to a heat transfer fluid (helium or hydrogen), which is cooled by means of a refrigerant that can be to the air or water at room temperature, a steam compression refrigeration machine, the evacuation of a turbo expander at sub-ambient temperature, or a conventional cooling tower by air or water.

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:In this section, the components that make up the DOUBLE-EFFECT REGENERATIVE ALTERNATIVE THERMAL MACHINE, CLOSED AND OPEN PROCESSES AND THEIR OPERATING PROCEDURE are described in an illustrative and non-limiting manner 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-effect regenerative thermal machine and of 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- unloading duct (14) of the compressor (11) to the heat exchangers of high temperature 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 - conducto de retorno (17) de los intercambiadores de calor de baja temperatura (sumideros) hacia el compresor (11)- evacuation duct (16) from the turbo-expander (12) to the low-temperature heat exchangers or heat sinks of the thermal cycle - return duct (17) of the low temperature heat exchangers (sumps) to the compressor (eleven)

- 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 - émbolo (2) del cilindro termo-actuador de doble efecto (1)- Double-acting thermo-actuator cylinder (1), interconnected with heat exchangers (20) and (21) for high temperature heat supply with heat exchangers (30) and (31) for low heat absorption temperature - plunger (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) alternative heat supply of high temperature 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). - intercommunication 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) which alternatively make 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).- intercommunication 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) discharge of the regeneration compressor (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 thermostatic cylinders (1), fed by 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 means for heating and cooling or extracting heat from the working thermal fluid, for which several alternative conventional technical means of supplying thermal energy for heating the fluid are proposed. work, as well as means of heat extraction for cooling the working fluid, where for the case of heating and cooling by reverse Brayton cycle, includes the following components:

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

- compresor del ciclo Brayton inverso (11)- Inverse 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) of 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 (o fuente térmica del ciclo térmico) al turbo-expansor (12) del ciclo Brayton inverso - 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- 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 - evacuation duct (16) from the turbo-expander (12) of the Inverse Brayton cycle towards low temperature heat exchangers or thermal thermal cycle sinks

- 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 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 turboexpansores 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:- return line (17) of the low temperature heat exchangers (sinks) to the compressor (11) of the reverse Brayton cycle and where for the cases in which heat of another type of energy is used as working fluid of the compressor, nuclear, or thermal, fossil, or thermosolar, or geothermal, or residual high temperature, medium and even low temperature, as well as cold from the air or water at room temperature, refrigeration machines of vapor compression or sub-environmental temperature, or the evacuation of turboexpansors at sub-environmental temperature, or a The conventional cooling tower is equipped with the heat transfer fluid inlet and outlet ducts and valves for both heat supply to heat the thermal working fluid and for heat extraction to cool the thermal working fluid, which includes the following components:

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

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

- válvula de alimentación (42) del turbo-expansor (12)- feed valve (42) of the turbo-expander (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)- coolant return valve (45)

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

- válvula de retorno (47) del fluido térmico de transferencia de calor- return valve (47) of heat transfer 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-effect regenerative thermal machine and 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- discharge duct of the compressor (14) to the heat exchangers of high temperature or thermal source of the cycle

- conducto de retorno (15) de los intercambiadores de calor de alta temperatura - conducto de evacuación (16) desde el turbo-expansor (12) hacia los intercambiadores de calor de baja temperatura o sumideros térmicos del ciclo térmico - conducto de retorno (17) de los intercambiadores de calor de baja temperatura (sumideros) hacia el compresor (11)- return duct (15) of the high temperature heat exchangers - evacuation duct (16) from the turbo-expander (12) to the low temperature heat exchangers or thermal drains of the thermal cycle - return duct (17) ) from low temperature heat exchangers (sumps) to 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 - émbolo (2) del cilindro termo-actuador de doble efecto (1)- double-acting thermo-actuator cylinder (1), interconnected with the heat exchangers (20) and (21) of high temperature heat supply and with the heat exchangers (30) and (31) of heat absorption of low temperature - piston (2) of the cylinder double acting actuator (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).- intercommunication 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) which alternatively make a low temperature thermal sink

- válvulas de intercomunicación (32) y (33) entre los ¡ntercambiadores de calor (30) y (31) con el cilindro termo-actuador de doble efecto (1).- intercommunication 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) discharge of the regeneration compressor (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 termoactuador (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 DOUBLE EFFECT REGENERATIVE ALTERNATIVE THERMAL MACHINE, CLOSED AND OPEN PROCESSES AND ITS OPERATING PROCEDURE, is characterized by converting thermal energy to mechanical and / or electrical energy via mechanical energy, by means of an unconventional thermal cycle implemented by means of an alternative thermal machine of double effect, regenerative that operates with closed and open processes using a thermal fluid of work (helium), which is equipped with two thermal foci (one of high temperature to heat the working thermal fluid that acts of heat source and another of low temperature to cool the thermal fluid of work that acts as a heat sink), where both focuses are constituted by heat exchangers, and where the hot focus consists of at least two heat exchangers (20). ) and (21), which alternatively 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 from the compressor, nuclear energy, fossil fuel thermal energy, heat from solar thermal, geothermal, residual high, medium and even low temperature, and where the cold focus or heat sink consists of at least two heat exchangers (30) and (31), which alternatively transfer heat from a thermal working 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 by air or water, and whose components include:

- 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 duct (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 - 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- return duct (15) of the high temperature heat exchangers - inlet duct (16) of the low temperature heat transfer fluid (helium or hydrogen) to the low temperature heat exchangers or heat 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 line (17) of the low temperature heat exchangers (sumps) 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 - intercambiadores de calor (20) y (21) de suministro alternativo de calor de alta temperatura a un cilindro termo-actuador de doble efecto (1)- at least one double-acting thermo-actuator cylinder (1), interconnected with the heat exchangers (20) and (21) of high temperature heat supply and with the heat exchangers (30) and (31) absorption of low temperature heat - heat exchangers (20) and (21) of alternative heat supply of high 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).- intercommunication 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) which alternatively make 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).- intercommunication 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) discharge of the regeneration compressor (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 fed by the 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 - válvulas (26), (37), (32) y (23) abiertas,- piston (2) of the thermo-actuator cylinder (1) positioned at the left dead center - 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 heat exchanger (20) hot 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 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, valves (26) and (37) are closed, 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 pressure difference between both sides 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),l as válvulas (27) y (36), y se abren las 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.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, valves (35) and (24), valves (22) and (33), valves (27) and (36) are closed and valves (26) and (37) are opened. ) and valves (23) and (32), whereby the piston initiates the return movement to the left, due to 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),l as 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 respectivos intercambiadores de calor con lo que da comienzo un nuevo ciclo con el desplazamiento del émbolo hacia la derecha.When the plunger (2) approaches the left dead center, 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, valves (25) and (34), valves (23) and (32), valves (26) and (37) are closed and valves (27) and (36) are opened. ) and the valves (22) and (33), to heat and cool the working fluid in their respective heat exchangers, thereby starting a new cycle with the displacement of the plunger 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 DOUBLE EFFECT REGENERATIVE ALTERNATIVE THERMAL MACHINE, CLOSED AND OPEN PROCESSES AND THEIR OPERATING PROCEDURE is shown in Figure 2, where a plant 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 which 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 duct (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 - 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.- return duct (15) of the high temperature heat exchangers - inlet duct (16) of the low temperature heat transfer fluid (helium or hydrogen) to the low temperature heat exchangers or heat 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 line (17) of the low temperature heat exchangers (sumps) 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. - intercambiadores de calor (20) y (21) de suministro alternativo de calor de alta temperatura a un cilindro termo-actuador de doble efecto (1)- at least one double-acting thermo-actuator cylinder (1), interconnected with the heat exchangers (20) and (21) of high temperature heat supply and with the heat exchangers (30) and (31) absorption of low temperature heat. - 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).- intercommunication 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) which alternatively make 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).- intercommunication 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) discharge of the regeneration compressor (13).

Claims (3)

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 termoactuador (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: - 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.1a. DOUBLE EFFECT REGENERATIVE ALTERNATIVE THERMAL MACHINE, CLOSED AND OPEN PROCESSES AND ITS OPERATING PROCEDURE, is characterized by converting 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-effect, regenerative thermal machine that operates with closed and open processes using a thermal working 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 another of low temperature to cool the thermal fluid of work that acts as a heat sink), where both focuses are constituted by heat exchangers, and where the hot focus consists of at least two heat exchangers (20) and (21) ), which alternatively transfers heat from a heat transfer fluid (helium or hydrogen) to the fluid t Thermal work (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, energy thermal combustion fossil, heat of thermal origin, geothermal, residual high, medium and even low temperature, and where the cold focus or heat sink consists of at least two heat exchangers (30) and (31), which transfer alternatively heat from a thermal working 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 cooling tower by air or water, and whose components include: - inlet duct (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 - 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.- return duct (15) of the high temperature heat exchangers - inlet duct (16) of the low temperature heat transfer fluid (helium or hydrogen) to the low temperature heat exchangers or heat 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 (sumps) 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 - intercambiadores de calor (20) y (21) de suministro alternativo de calor de alta temperatura a un cilindro termo-actuador de doble efecto (1).- at least one double-acting thermo-actuator cylinder (1), interconnected with the heat exchangers (20) and (21) of high temperature heat supply and with the heat exchangers (30) and (31) absorption of low temperature heat - heat exchangers (20) and (21) 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).- intercommunication 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) which alternatively make 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).- intercommunication 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) discharge of the regeneration compressor (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.2a. REGENERATIVE THERMAL MACHINE OF DOUBLE EFFECT, CLOSED AND OPEN PROCESSES AND ITS PROCEDURE OF OPERATION, according to the first claim, characterized by being constituted by one or more units constituted by thermostatic cylinders of double regenerative effect (1) coupled in series with respect to to the heat input and in parallel with respect to heat transfer, where each of which 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:3a. OPERATING PROCEDURE OF THE DOUBLE EFFECTIVE REGENERATIVE ALTERNATIVE THERMAL MACHINE, CLOSED AND OPEN PROCESSES according to claim 1a, 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 - válvulas (26), (37), (32) y (23) abiertas,- piston (2) of the thermo-actuator cylinder (1) positioned at the left dead center - 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 heat exchanger (20) hot 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 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, open the valves (27) and (36) and open the valves (22) and (33), 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. 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 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.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, valves (35) and (24), valves (22) and (33), valves (27) and (36) are closed and valves (26) and (37) are opened. and the valves (23) and (32), whereby the piston initiates the return movement to the left, due to the same pressure difference. Cuando el émbolo se aproxima al 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 ¡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 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 man, 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, valves (25) and (34), valves (23) and (32), valves (26) and (37) are closed and valves (27) and (36) are opened. and the valves (22) and (33) to heat and cool the working fluid in their respective heat exchangers, thereby starting a new cycle with the displacement of the plunger to the right.
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