IT201900006975A1 - Impianto di cogenerazione migliorato - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

IMPIANTO DI COGENERAZIONE MIGLIORATO

La presente invenzione ha per oggetto un impianto di cogenerazione migliorato del tipo precisato nel preambolo della prima rivendicazione.

In particolare, la presente invenzione ha per oggetto un impianto di cogenerazione a combustione interna atto, ossia, a generare energia elettrica e termica a partire da motori del tipo ciclo otto o ciclo diesel di taglia elettrica che può variare, sempre a titolo di esempio, da 50 a 15.000 o più kW elettrici.

Come noto, per cogenerazione o coogenerazione si intende la produzione combinata di energia elettrica e calore.

Tradizionalmente energia elettrica e termica vengono prodotte separatamente. Per produrre l’energia elettrica si utilizzano solitamente centrali termoelettriche che disperdono nell’ambiente energia termica a bassa temperatura, mentre per produrre la sola energia termica si utilizzano caldaie che convertono l’energia primaria derivante dal combustibile, con elevato valore termodinamico, in energia termica di ridotto valore termodinamico.

Se un’utenza richiede contemporaneamente energia elettrica ed energia termica, anziché installare una caldaia e acquistare energia elettrica dalla rete, si può pensare di realizzare un sistema, l’impianto cogenerativo, che produca entrambe le energie.

Pertanto, l’energia elettrica e l’energia termica vengono prodotte, all’interno degli impianti di cogenerazione, in cascata ed attraverso apparati combinati all’interno dello stesso impianto. Per questo motivo ci si riferisce ai sistemi di cogenerazione attraverso il termine CHP, ossia Combined Heat and Power.

Uno dei vantaggi degli impianti di cogenerazione è quello di consentire un risparmio energetico determinato dal minor consumo di combustibile.

Da un punto di vista operativo, l’energia elettrica è realizzata da motori termici in cui il calore viene convertito, attraverso un ciclo termodinamico, prima in energia meccanica e quindi in energia elettrica attraverso dei generatori elettrici. In conformità con il secondo principio della termodinamica, in questo processo di trasformazione, non tutto il calore può essere trasformato in lavoro, ossia energia utile, ma una parte viene scaricata o dissipata, ad esempio sottoforma di vapore o fumi di scarico, durante il funzionamento stesso del sistema.

Questa porzione di calore viene quindi almeno parzialmente recuperata per la cogenerazione, sia per uso industriale, in genere sottoforma di vapore, che per usi civili, ad esempio il riscaldamento degli edifici.

Gli impianti di cogenerazione si compongono, quindi, strutturalmente di almeno un motore, un generatore elettrico ed un apparato di scambio termico.

Il motore può essere di diversa tipologia, ad esempio a combustione interna, turbina a gas, turbina a vapore, o ciclo combinato turbina a gas/turbina a vapore, ed è destinato a trasmettere l’energia meccanica necessaria al funzionamento del generatore elettrico. Quest’ultimo può essere un generatore elettrico a induzione di tipo noto.

L’apparato di scambio termico è, invece, usualmente atto a prelevare energia termica dal motore in modo tale da scambiarla, ad esempio tramite uno o più scambiatori termici, con una o più utenze di destinazione.

Pertanto, è evidente che gli impianti di cogenerazione, in generale, limitano notevolmente le emissioni nell’ambiente esterno, riducono i consumi e riducono le perdite di energia dovute al trasporto della stessa dato che gli apparati di generazione sono sostanzialmente atti a funzionare insieme nella stessa struttura.

Tuttavia, la tecnica nota descritta comprende alcuni importanti inconvenienti.

In particolare, tutti i sistemi di cogenerazione hanno un rendimento termico che si attesta attorno al 35-40% senza superare tale soglia.

Le prestazioni sopra esposte sono conseguenti a perdite meccaniche e al mancato recupero del calore complessivo in gioco, durante la trasformazione, in quanto parte di questo calore si trova a temperature troppo basse per essere sfruttato dall'utenza. In questa situazione il compito tecnico alla base della presente invenzione è ideare un impianto di cogenerazione migliorato in grado di ovviare sostanzialmente ad almeno parte degli inconvenienti citati.

Nell'ambito di detto compito tecnico è un importante scopo dell'invenzione ottenere impianto di cogenerazione migliorato che consenta di aumentare sensibilmente il rendimento energetico rispetto ai comuni impianti.

Un altro importante scopo dell'invenzione è realizzare un impianto di cogenerazione migliorato che consenta di ottenere i risultati citati a fronte di modifiche modeste della configurazione degli impianti attualmente in uso in modo tale da, se richiesto, consentire una agevole conversione degli impianti preesistenti.

Il compito tecnico e gli scopi specificati sono raggiunti da un impianto di cogenerazione migliorato come rivendicato nella annessa rivendicazione 1.

Soluzioni tecniche preferite sono evidenziate nelle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche ed i vantaggi dell’invenzione sono di seguito chiariti dalla descrizione dettagliata di esecuzioni preferite dell’invenzione, con riferimento agli uniti disegni, nei quali:

la Fig. 1 mostra uno schema di funzionamento realizzato secondo la simbologia internazionale, di una realizzazione preferita dell’impianto di cogenerazione migliorato;

la Fig. 2a mostra un primo esempio di realizzazione di una prima porzione dello schema di Fig.1, in maniera più dettagliata, esse è preferibilmente installata in impianti nella quale la pompa di spinta del circuito intercooler secondo stadio è in grado di sopperire le perdite di carico dell’apparato di trasmissione;

la Fig. 2b mostra la porzione dello schema di Fig. 2a, includente un accumulatore;

la Fig. 3a mostra un secondo esempio di realizzazione della prima porzione dello schema di Fig.1, in maniera più dettagliata, esse è preferibilmente installata in impianti nella quale la pompa di spinta del circuito intercooler secondo stadio non è in grado di sopperire alle perdite di carico dell’apparato di trasmissione; e

la Fig. 3b mostra la porzione dello schema di Fig. 3a, includente un accumulatore.

Nel presente documento, le misure, i valori, le forme e i riferimenti geometrici (come perpendicolarità e parallelismo), quando associati a parole come "circa" o altri simili termini quali "pressoché" o "sostanzialmente", sono da intendersi come a meno di errori di misura o imprecisioni dovute a errori di produzione e/o fabbricazione e, soprattutto, a meno di una lieve divergenza dal valore, dalla misura, dalla forma o riferimento geometrico cui è associato. Ad esempio, tali termini, se associati a un valore, indicano preferibilmente una divergenza non superiore al 10% del valore stesso.

Inoltre, quando usati, termini come “primo”, “secondo”, “superiore”, “inferiore”, “principale” e “secondario” non identificano necessariamente un ordine, una priorità di relazione o posizione relativa, ma possono essere semplicemente utilizzati per più chiaramente distinguere tra loro differenti componenti.

Le misurazioni e i dati riportati nel presente testo sono da considerarsi, salvo diversamente indicato, come effettuati in Atmosfera Standard Internazionale ICAO (ISO 2533:1975).

Con riferimento alle Figure, l’impianto di cogenerazione migliorato secondo l'invenzione è globalmente indicato con il numero 1.

L’impianto 1 include preferibilmente almeno una parte di impianto che è già nota allo stato della tecnica attuale ed in uso nella maggior parte degli impianti preposti alla cogenerazione di energia termica ed energia elettrica.

Pertanto, preferibilmente, l’impianto 1 include dei mezzi motori 2, dei mezzi di recupero 3 ed almeno una utenza 4.

I mezzi motori 2 sono preferibilmente atti ad alimentare almeno un generatore di energia elettrica. Pertanto, i mezzi motori 2 possono essere atti a trasmettere energia meccanica al generatore elettrico in modo tale che lo stesso generi energia elettrica.

Alternativamente, i mezzi motori 2 possono essere configurati per trasferire altri tipi di energia, purché essi siano in grado, in ogni caso, di consentire la generazione di energia elettrica al generatore elettrico.

Quest’ultimo può quindi essere un generatore elettrico ad induzione.

Preferibilmente, i mezzi motori 2 includono un motore a combustione interna, ad esempio del tipo ciclo otto o ciclo diesel.

Tuttavia, i mezzi motori 2 potrebbero includere altre tipologie di motori come, ad esempio, turbine a gas, turbine a vapore, o ciclo combinato turbina a gas/turbina a vapore, oppure ancora turbogeneratori ORC, microturbine, impianti a celle combustibile, o fuel-cells, o motori Stirling, che possono anche prevedere la generazione di energia elettrica direttamente dai mezzi motori 2.

L’utenza 4 può essere una utenza di qualsivoglia tipologia in grado di sfruttare in maniera opportuna le forme di energia sviluppate dall’impianto di cogenerazione 1. Ad esempio, l’utenza 4 può essere di tipo industriale, o può anche essere di tipo civile.

Esempi di utenze 4 che possono sfruttare impianti di cogenerazione, come l’impianto 1, sono ospedali e cliniche, piscine e centri sportivi, centri commerciali, cartiere, industrie alimentari, industrie di raffinazione del petrolio, industrie chimiche e farmaceutiche, industrie della ceramica, industria tessile, industria per la produzione di materiali plastici ed altre.

Le utenze 4, in ogni caso, sono atte a ricevere sia energia elettrica che energia termica dai mezzi motori.

In particolare, per l’acquisizione di energia termica, l’utenza 4 include un circuito d’utenza 40.

Il circuito d’utenza 40 è un circuito atto a consentire lo scambio di energia termica tra i mezzi motori 2 ed almeno una utenza 4. Pertanto, il circuito di utenza 40 è preferibilmente un circuito idraulico definente un percorso all’interno del quale un fluido transita e riceve o cede calore a seconda della posizione in cui si trova nel circuito 40.

Infatti, preferibilmente, il circuito 40 include almeno una linea di uscita 40a ed una linea di ingresso 40b.

La linea di uscita 40a è preferibilmente il condotto di uscita dall’utenza 4 e corrisponde sostanzialmente al condotto da cui fuoriesce il fluido una volta ceduta l’energia termica all’utenza 4 per il proprio funzionamento.

La linea di ingresso 40b, al contrario, è preferibilmente il condotto di ingresso all’utenza 4 e corrisponde sostanzialmente al condotto da cui entra il fluido per cedere l’energia termica all’utenza 4.

Preferibilmente, il circuito d’utenza 40 include almeno uno scambiatore di calore atto a consentire lo scambio termico tra il fluido del circuito d’utenza 40 e l’utenza stessa 4.

Sostanzialmente, pertanto, se lo scambiatore è presente, esso delimita il passaggio della linea di ingresso 40b alla linea di uscita 40a.

Il fluido all’interno del circuito di utenza 40, come noto, può essere un liquido, oppure una sostanza gassosa, o può essere un fluido in grado di compiere passaggi di stato all’interno del condotto.

Naturalmente, come noto al tecnico del ramo, il circuito d’utenza include una o più pompe e valvole al fine di stabilizzare la portata del fluido. Inoltre, come i comuni sistemi di cogenerazione e, in generale, quasi tutti i circuiti idraulici, il circuito d’utenza può comprendere una pluralità di sensori e di mezzi di controllo atti a consentire il corretto funzionamento del circuito d’utenza, ad esempio evitando sovrappressioni eccessive o cali di portata di fluido con riduzione dello scambio termico conseguente.

I mezzi di recupero 3 sono preferibilmente almeno parzialmente operativamente connessi con i mezzi motori 2.

Essi sono, in particolare, preferibilmente atti a prelevare energia termica dai mezzi motori 2. L’energia termica prelevata è quella sviluppata dai mezzi motori 2 durante il loro funzionamento.

Lo scambio energetico avviene, quindi, preferibilmente per mezzo di un circuito di scambio 30. Il circuito di scambio 30 è preferibilmente atto a connettere, almeno in parte, i mezzi motori 2 e l’utenza 4. Sostanzialmente, quindi, il circuito di scambio 30 è il tramite per il trasferimento di energia termica tra i mezzi motori 2 ed il circuito d’utenza 40.

Il circuito di scambio 30 è, inoltre, preferibilmente sostanzialmente della stessa natura o simile al circuito d’utenza 40. Esso può quindi includere una pluralità di condotti all’interno del quale fluisce un fluido atto a ricevere e cedere calore ad altri corpi o fluidi esterni.

Preferibilmente, il fluido all’interno del circuito di scambio 30 è atto a ricevere calore dei mezzi motori 2 ed a cedere calore al fluido circolante entro il circuito d’utenza 40.

Il circuito di scambio 30 comprendente quindi almeno un primo circuito 31.

Il primo circuito 31 è preferibilmente atto a traferire la maggior parte dell’energia termica, sviluppata dei mezzi motori, al circuito d’utenza 40.

In questo modo, gran parte dell’energia termica generata dei mezzi motori 2 viene prelevata dal primo circuito 31. Pertanto, i mezzi motori 2 mantengono sostanzialmente almeno una energia termica residua.

Il primo circuito 31 include quindi preferibilmente almeno un primo stadio intercooler 310, una prima linea di scambio 311 ed un terzo scambiatore di calore 312.

Il primo stadio intercooler 310 è preferibilmente uno scambiatore termico atto a refrigerare i mezzi motori 2, ossia a prelevare energia termica sottoforma di calore dai mezzi motori 2.

Il primo stadio intercooler 310 può essere strutturalmente realizzato come un qualsiasi stadio intercooler noto allo stato della tecnica attuale.

La prima linea di scambio 311 definisce preferibilmente un circuito chiuso all’interno del quale può fluire un fluido di trasferimento di energia termica. Sostanzialmente, quindi, anche la prima linea di scambio 311 può essere della stessa natura del circuito d’utenza 40. In particolare, la prima linea di scambio 311 può essere un anello chiuso parte del circuito di scambio 30.

Il fluido all’interno della prima linea di scambio può quindi essere liquido, gas od un fluido in grado di cambiare il proprio stato durante il percorso.

Preferibilmente, la prima linea di scambio 311 transita all’interno del primo stadio intercooler 310 ed all’interno del terzo scambiatore di calore 312.

Pertanto, preferibilmente, il primo stadio intercooler 310 è atto a prelevare la maggior parte dell’energia termica dai mezzi motori 2.

Il terzo scambiatore termico 312 è invece atto ad operativamente connettere il circuito d’utenza 40 con la prima linea di scambio 311.

Pertanto, preferibilmente, il terzo scambiatore di calore 312 essendo atto a traferire la maggior parte di energia termica alla linea di uscita 40a.

Ancora più in dettaglio, il terzo scambiatore termico 312 è atto a fornire al fluido che transita all’interno del circuito d’utenza 40 in prossimità del terzo scambiatore termico 312, interagendo con esso, il calore prelevato dai mezzi motori 2 tramite il primo circuito 31.

Sostanzialmente, quindi, il terzo scambiatore 312 definisce il cambio dalla linea di uscita 40a ad almeno parte della linea di ingresso 40b.

Al fine di prelevare l’energia termica dai mezzi motori 2, il primo circuito 31 può includere il solo primo stadio intercooler 310. Tuttavia, preferibilmente, il primo circuito 31 comprende anche almeno un ulteriore scambiatore di calore ausiliario 313. Preferibilmente, il primo circuito 31 comprende anche due scambiatori di calore ausiliario 313.

Lo scambiatore di calore ausiliario 313 può essere atto a prelevare energia termica dai mezzi motori 2 in alcune zone specifiche dei mezzi motori 2. In tal senso, lo scambiatore di calore ausiliario 313 può essere inserito nella prima linea di scambio 311 in modo tale da interagire con una o più parti specifiche dei mezzi motori 2.

Ad esempio, in una configurazione preferita, l’impianto 1 può comprendere almeno uno scambiatore di calore ausiliario 313 disposto a contatto diretto con la porzione dei mezzi motori 2 in cui è presente l’olio di lubrificazione.

Alternativamente od in aggiunta, può essere previsto uno scambiatore di calore ausiliario 313 disposto a contatto diretto con la porzione dei mezzi motori 2 in cui è presente il liquido di raffreddamento, ad esempio nelle camicie dei mezzi motori 2. Nella forma di realizzazione preferita, il primo circuito 31 include due scambiatori di calore 313 di cui uno a contatto con la porzione dei mezzi motori 2 in cui è presente l’olio di lubrificazione ed uno a contatto con la porzione dei mezzi motori 2 in cui è presente il liquido di raffreddamento.

Preferibilmente, pertanto, nella forma di realizzazione preferita il primo circuito 31 comprende sostanzialmente un primo stadio intercooler 310 e due scambiatori di calore ausiliari 313 posti a monte del primo stadio intercooler 310 e, quindi, tra il terzo scambiatore di calore 312 ed il primo stadio intercooler 310.

Naturalmente, quando si introducono i termini “a valle” od “a monte” ci si riferisce alla posizione del componente valutata nell’ordine dato dalla direzione di scorrimento regolare del fluido all’interno del circuito idraulico di riferimento.

Inoltre, quando si parla di circuiti idraulici si dà per scontato che il tecnico del ramo, in quanto tale, conosca bene le necessità a cui è soggetto ogni condotto di scorrimento che effettua un percorso prestabilito in termini di pompe e valvole di controllo da inserire all’interno dei condotti.

Queste precisazioni sono da considerare sia per quanto sopradescritto, che per quanto segue in descrizione.

I mezzi motori 2 trasferiscono, quindi, parte del calore all’utenza 4 tramite i mezzi di recupero 3. Tuttavia, il circuito d’utenza 40 potrebbe anche essere parzialmente direttamente connesso ed interagente con parte dei mezzi motori 2.

Nella forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, il circuito d’utenza 4 comprende anche uno scambiatore di calore aggiuntivo 41.

Lo scambiatore di calore aggiuntivo 41 è sostanzialmente preferibilmente atto a connettere parte del motore 2 con parte del circuito d’utenza 40. In particolare, preferibilmente, lo scambiatore di calore aggiuntivo 41 collega la caldaia di scarico dei fumi esausti dai mezzi motori 2 con parte della linea di ingresso 40b.

Pertanto, preferibilmente, lo scambiatore di calore aggiuntivo 41 è disposto sostanzialmente a valle del terzo scambiatore di calore 312 nel circuito d’utenza 40. Il circuito di scambio 30 può, inoltre, comprendere un secondo circuito 32 di scambio. Il secondo circuito 32 è preferibilmente atto a prelevare l’energia termica residua dai mezzi motori 2. Sostanzialmente, il secondo circuito 32 è un secondo circuito di refrigerazione dei mezzi motori e, pertanto, recuperare l’energia termica non recuperata dal primo circuito 31.

A tal proposito, preferibilmente, il secondo circuito 32 comprende preferibilmente almeno un secondo stadio intercooler 320 ed una seconda linea di scambio 321. Il secondo stadio intercooler 320 è preferibilmente atto a prelevare l’energia termica residua dai mezzi motori 2. La seconda linea di scambio 321 è sostanzialmente, anch’esso, un circuito chiuso similare alla prima linea di scambio 311.

Sostanzialmente, il secondo stadio intercooler 320 e la seconda linea di scambio 321 sono similari al primo stadio intercooler 310 ed alla prima linea di scambio 311 ed hanno sostanzialmente la medesima funzione di trasferimento di energia termica tramite il fluido circolante nel circuito idraulico.

Le maggior parte delle caratteristiche tecniche sopra enunciate sono sostanzialmente già note al tecnico del ramo e comuni, in ogni sua forma, nell’ambito dei sistemi di cogenerazione.

Nei comuni impianti, inoltre, l’energia residua prelevata dal secondo circuito 32 viene esclusivamente dissipata.

Anche l’impianto 1 può prevedere la dissipazione dell’energia termica residua dei mezzi motori 2.

In particolare, il secondo circuito 32 può includere, in tal senso, un secondo dissipatore 322. Il secondo dissipatore 322 è preferibilmente operativamente connesso alla seconda linea di scambio 321.

Il secondo dissipatore 322 è preferibilmente atto a disperdere l’energia residua nell’ambiente e può, ad esempio, intervenire per ridurre il carico termico a cui è sottoposto l’impianto.

In tal senso, il secondo dissipatore 322 è sostanzialmente preferibilmente un sistema di sicurezza atto a refrigerare il fluido della seconda linea di scambio 321 tramite sistemi dry-cooling, ossia sistemi aria-fluido.

Tuttavia, potrebbero essere previsti altri sistemi di sicurezza atti a consentire la rimozione di calore dall’impianto 1.

In ogni caso, il secondo dissipatore 322 è disposto a monte del secondo stadio intercooler 320 in modo tale da raffreddare il fluido in ingresso ad esso per consentire una migliore refrigerazione dei mezzi motori 2, quando necessario. Allo stesso modo, anche il primo circuito 31 potrebbe comprendere un primo dissipatore 314.

Il primo dissipatore 314 può avere la stessa funzione del secondo dissipatore 322, ma è posto nella prima linea di scambio 311. Preferibilmente, il primo dissipatore 314 è posto a monte del terzo scambiatore di calore 312 in modo tale da raffreddare ulteriormente il fluido che ha ceduto calore al circuito d’utenza 40.

L’impianto 1, tuttavia, comprende una vantaggiosa caratteristica non presente in alcun altro impianto di cogenerazione. Infatti, il secondo circuito 32 di scambio è preferibilmente atto a trasferire l’energia termica residua al circuito d’utenza 40. Sostanzialmente, quindi, il secondo circuito 32 non è atto, o non solo, a dissipare l’energia termica residua dei mezzi motori 2, ma è anche atto a trasferire tale energia al circuito d’utenza 40.

Più in dettaglio, vantaggiosamente, il secondo circuito 32 è atto a fornire calore alla linea di uscita 40a in modo tale da realizzare parte della linea di ingresso 40b. Il secondo circuito 32, in particolare, preferibilmente trasferisce l’energia termica residua alla linea di ingresso 40b a valle del primo circuito 31.

In tal senso, infatti, la linea di ingresso 40b è definita da un accesso principale 400 ed un accesso secondario 401.

L’accesso principale 400 trasferisce il contributo energetico dato dal primo circuito 31 al circuito d’utenza 40 e, pertanto, è la porzione definita dal fluido che trasferisce la maggior parte di energia termica scambiata con i mezzi motori 2.

L’accesso secondario 401 trasferisce, invece, il contributo energetico dato dal secondo circuito 32 al circuito d’utenza 40 e, pertanto, è la porzione definita dal fluido che trasferisce la parte residua di energia termica scambiata con i mezzi motori 2.

Pertanto, preferibilmente l’accesso principale 400 è realizzato dall’interazione tra la linea di uscita 40a ed il primo circuito 31. Tale interazione è data, in particolare, dal terzo scambiatore di calore 312. Il terzo scambiatore di calore 312, in altre parole, è atto a traferire la maggior parte di energia termica alla linea di uscita 40a in modo tale da realizzare l’accesso principale 400.

Inoltre, preferibilmente, l’accesso secondario 401 è realizzato dall’interazione tra la linea di uscita 40a ed il secondo circuito 32. In particolare, affinché avvenga lo scambio termico tra il secondo circuito 32 ed il circuito d’utenza 40, preferibilmente, l’impianto comprende un apparato di trasferimento 5.

L’apparato di trasferimento 5 è preferibilmente configurato per consentire il trasferimento di energia termica residua al circuito d’utenza 40. In dettaglio, l’apparato di trasferimento 5 trasferisce tale energia preferibilmente, ma non necessariamente, per mezzo di un ciclo frigorifero.

In ogni caso, preferibilmente, l’apparato di trasferimento 5 comprende almeno un primo scambiatore di calore 50.

Il primo scambiatore di calore 50 è preferibilmente atto a trasferire l’energia termica residua tramite la seconda linea di scambio 321 all’apparato di trasmissione 5. L’apparato di trasmissione 5 può quindi includere parte del circuito d’utenza 40. Pertanto, l’apparato di trasmissione 5 può coincidere esattamente con il primo scambiatore di calore 50 ed il primo scambiatore di calore 50 può quindi trasferire direttamente il calore residuo prelevato dai mezzi motori 2 dalla linea di scambio 321 al circuito d’utenza 40.

Nella forma di realizzazione preferita, tuttavia, l’apparato di trasmissione 5 è atto a compiere un ciclo frigorifero. Pertanto, preferibilmente, esso comprende un secondo scambiatore di calore 51 ed un circuito di refrigerazione 52.

Il circuito di refrigerazione 52 è, come ogni circuito dell’impianto 1, preferibilmente un circuito idraulico atto a funzionare a fluido. Il fluido può avere le caratteristiche già precedentemente enunciate.

In questo caso, preferibilmente, il fluido è un gas come, ad esempio, gas refrigerante R134a.

In ogni caso, preferibilmente, il circuito di refrigerazione 52 include un fluido atto a trasferire calore dal primo scambiatore di calore 50 al secondo scambiatore di calore 52.

Il secondo scambiatore di calore 51 è quindi preferibilmente atto a cedere calore al circuito d’utenza 40. In particolare, il secondo scambiatore di calore 51 cede energia termica residua, o calore, alla linea di uscita 40b in modo tale da realizzare l’accesso secondario 401.

L’apparato di trasmissione 5, inoltre, è preferibilmente atto a funzionare in alternativa al dissipatore 322.

Pertanto, preferibilmente, la seconda linea di scambio 321 è configurata per disattivare l’apparato di trasmissione 5 quando il secondo dissipatore 322 è in funzione o disattivare il secondo dissipatore 322 quando l’apparato di trasmissione 5 è in funzione.

Tale configurazione è facilmente ottenibile, per il tecnico del ramo, prevedendo dei rami della seconda linea di scambio 321 posti in parallelo rispetto al dissipatore 322 ed all’apparato di trasmissione 5 atti ad isolare l’uno o l’altro dispositivo per mezzo di congegni valvolari disposti lungo la seconda linea di scambio 321.

Tali congegni valvolari possono essere indipendenti dagli altri mezzi di controllo, come le pompe e le valvole del circuito d’utenza 40 e del circuito di scambio 30, oppure possono collaborare con essi.

Preferibilmente, l’impianto 1 comprende dei mezzi di controllo 6.

I mezzi di controllo 6 sono atti a controllare il funzionamento di almeno parte dell’impianto 1 se non la totalità dell’impianto stesso. Naturalmente i mezzi di controllo 6 possono includere uno o più elaboratori atti ad elaborare i dati ricevuti dai congegni dell’impianto preposti ai controlli.

Mezzi di controllo 6 di questo tipo possono includere dei sistemi PLC operativamente connessi all’impianto 1.

Preferibilmente, i mezzi di controllo 6 comprendono quindi almeno dei mezzi di pompaggio 60 e dei mezzi sensori 61.

I mezzi di pompaggio 60 sono dei mezzi atti a determinare la portata e/o la pressione del fluido circolante all’interno dell’impianto 1. I mezzi sensori 61 sono congegni atti a rilevare uno o più dati riferiti alle caratteristiche, ad esempio, del fluido circolante nell’impianto 1. I dati così rilevati possono essere utilizzati per determinare la modalità di funzionamento dei mezzi di pompaggio 60 stessi o di altri congegni operativamente connessi ai mezzi di controllo 6.

In questa sede non si fornisce una spiegazione estesa di come disporre i mezzi di pompaggio 60 ed i mezzi sensori 61 all’interno dell’impianto 1 in quanto la disposizione di tali elementi è pratica comune del tecnico del ramo che si occupa di sistemi idraulici.

Piuttosto, ci si focalizza sui mezzi di controllo 6 che interagiscono con il secondo circuito 32 senza intendere, con questo, che essi estendano il proprio controllo al solo secondo circuito 32.

Essenzialmente, i mezzi sensori 61 sono almeno operativamente connessi ad almeno la seconda linea di scambio 312.

Inoltre, preferibilmente, i mezzi di pompaggio 60 sono almeno atti a consentire il controllo della portata e/o pressione del fluido entro la seconda linea di scambio 312, il circuito di refrigerazione 52 e la linea di uscita 40a.

Nella forma di realizzazione preferita, i mezzi sensori 61 sono preferibilmente atti a rilevare almeno la temperatura di almeno il fluido entro la seconda linea di scambio 321 ed i mezzi di controllo 6 sono atti a comandare i mezzi di pompaggio 60 in maniera tale da attivare o disattivare selettivamente ciascuno tra il circuito di refrigerazione 52 e la linea di uscita 40a in relazione alle temperature rilevate dai mezzi sensori 61 entro la seconda linea di scambio 321.

In questo modo, i mezzi di controllo 6 consentono di azionare il lato utenza 4 quando il fluido all’interno della seconda linea di scambio 321 ha raggiunto un valore soglia di temperatura predeterminato.

Naturalmente, inoltre, l’impianto 1 può comprendere mezzi sensori 61 disposti sulla linea di uscita 40a ed atti a rilevare la temperatura del fluido in uscita dall’utenza 4. Sostanzialmente, con questo ulteriore accorgimento, i mezzi di controllo 6 possono consentire di controllare sia il consumo energetico delle utenze 4, tramite il controllo in temperatura della linea di uscita 40a, sia l’apporto energetico fornito dalla seconda linea di scambio 321 dato che, come detto, i mezzi di controllo 6 possono prevedere l’isolamento o esclusione dell’apparato di trasferimento 5 quando si intende ridurre il carico termico sui mezzi motori 2 tramite il dissipatore 322 e viceversa.

I mezzi sensori 61 possono inoltre rilevare altre grandezze di interesse. Ad esempio, i mezzi sensori 61 possono includere anche dei misuratori di portata atti a rilevare localmente lungo i circuiti 30, 40 la portata del fluido che fluisce durante il trasferimento di energia termica.

In una forma di realizzazione alternativa, il secondo circuito 32 può includere un congegno di accumulo 323.

Il congegno di accumulo 323 è preferibilmente un accumulatore idraulico atto a mettere a disposizione una riserva di fluido sotto pressione per regolare l'erogazione o la pressione di alimentazione dell'impianto 1 stesso.

Inoltre, preferibilmente, il congegno di accumulo 323 è disposto a valle dello scambiatore di calore 50. In questo modo, quando l’apparato di trasmissione 5 è in funzione, il flusso di fluido al secondo stadio intercooler 320 è regolato dal congegno di accumulo 323.

Il congegno di accumulo 323 ha principalmente lo scopo di stabilizzare le fluttuazioni di temperatura a cui può essere soggetto il secondo circuito 32 a causa, ad esempio, dei mezzi di pompaggio 60 presenti nell’impianto 1.

Infatti, preferibilmente, se è presente un congegno di accumulo 323, i mezzi sensori 61 sono operativamente connessi al congegno di accumulo 323 ed atti a rilevare la temperatura del fluido entro il congegno di accumulo 323.

I mezzi di pompaggio 60, quindi, attivano preferibilmente la linea di uscita 40a quando la temperatura del congegno di accumulo 323 raggiunge dei valori soglia predeterminati.

Sostanzialmente, quindi, invece che rilevare la temperatura direttamente nel circuito di refrigerazione 52, viene rilevata la temperatura nel congegno di accumulo 323. Il funzionamento dell’impianto di cogenerazione migliorato 1 è già stato precedentemente descritto, ma viene ulteriormente specificato descrivendo il procedimento di recupero energetico qui di seguito descritto.

L’invenzione comprende, infatti, un nuovo procedimento di recupero energetico per impianti di cogenerazione.

Il procedimento di recupero energetico, in particolare, comprende almeno una prima fase di trasferimento dell’energia termica dai mezzi motori 2 all’utenza 4.

In particolare, nella prima fase di trasferimento i mezzi motori 2 trasferiscono la maggior parte dell’energia termica sviluppata all’utenza 4 per mezzo di mezzi di recupero 3.

Ancora più in dettaglio, l’energia termica è trasferita al circuito d’utenza 40 tramite il primo circuito 31.

Inoltre, vantaggiosamente, il procedimento di recupero comprende una seconda fase di trasferimento dell’energia termica dai mezzi motori 2 all’utenza 4.

In particolare, la seconda fase include il trasferimento dai mezzi motori 2 all’utenza 4 per mezzo del secondo circuito 32. Ancora più in dettaglio, il secondo circuito 32 è atto a trasferire l’energia residua al circuito d’utenza 40. Come descritto, preferibilmente, il secondo circuito 32 consente di trasferire l’energia residua, in particolare, all’apparato di trasmissione 5 ed in direttamente, tramite quest’ultimo, al circuito d’utenza 40.

In particolare, durante il procedimento di trasferimento, la prima fase viene espletata per mezzo di almeno il terzo scambiatore di calore 312. Sostanzialmente, lo scambio termico della prima fase avviene tramite mezzi di tipo fluido/fluido, ancor più precisamente preferibilmente acqua/acqua.

In questa fase il fluido all’interno del circuito d’utenza 40 viene riscaldato da una temperatura prossima ai 50/60°C, rilevabile ad esempio lungo la linea di uscita 40a, ad una temperatura di 80/90°C, rilevabile in uscita dal terzo scambiatore di calore 312.

Inoltre, in presenza di scambiatori di calore aggiuntivi 41, il fluido può ulteriormente essere riscaldato a temperature prossime ai 100°C lungo l’accesso principale 400. Se presente, il primo dissipatore 314 preferibilmente viene attivato solo quando manca il carico dissipativo dell’utenza 4, ossia quando è necessario dissipare energia termica al di fuori del circuito d’utenza 40.

Il primo dissipatore 314, preferibilmente, è un dry cooler del tipo aria/acqua.

Nella seconda fase di trasferimento, preferibilmente, lo scambio tra il secondo circuito 32 ed il circuito d’utenza 40 avviene tramite l’apparato di trasferimento 5. Quest’ultimo include, quindi, almeno due scambiatori di calore 50, 51 del tipo acqua/gas e gas/acqua.

Pertanto, lo scambio di calore tra i fluidi dei circuiti 32, 40 avviene indirettamente per mezzo dell’apparato di trasferimento 5.

Essendo il secondo circuito 32 atto a prelevare l’energia termica residua, normalmente il fluido circolante all’interno della seconda linea 321 si trova a temperature inferiori a 50°C.

Come già detto, la seconda fase di trasferimento non è svolta costantemente dal procedimento, ma può essere alternata con una fase di dispersione.

In particolare, preferibilmente, la fase di dispersione viene attivata in caso di blocco dell’apparato di trasmissione 5.

Pertanto, il procedimento di recupero di energia termica secondo l’invenzione, può prevedere almeno una prima fase di trasferimento ed almeno una tra la fase di dispersione e la seconda fase di trasferimento.

Nella fase di dispersione, preferibilmente, viene azionato il secondo dissipatore 322. Anche il secondo dissipatore 322 è preferibilmente un dry cooler aria/acqua atto a disperdere energia termica fuori dal circuito d’utenza 40.

Nella fase di dispersione, preferibilmente, l’apparato di trasferimento 5 è isolato rispetto alla seconda linea di cambio 321 e, pertanto, non vie è trasferimento di energia termica residua al circuito d’utenza 40. Viceversa, nella seconda fase di trasferimento, il secondo dissipatore 322 viene isolato rispetto alla seconda linea di scambio 321 ed il fluido nella seconda linea di scambio 321 scorre tra il secondo stadio intercooler 320 ed il primo scambiatore di calore 50.

Tale seconda fase di scambio consente, all’occorrenza, di immettere energia termica all'utenza 4 grazie al contributo dell’accesso secondario 401 che si unisce all’accesso principale 400.

È stato rilevato che, in condizione di normale utilizzo, il contributo dell’accesso secondario 401 consente di innalzare la temperatura del fluido nella linea di ingresso 40b, ossia in ingresso all’utenza 4, con incrementi pari a 20°C rispetto ai comuni impianti di cogenerazione.

All’interno dell’apparato di trasferimento 5, preferibilmente, il gas viene compresso aumentando temperatura e pressione. La fase di compressione può avvenire grazie ad un compressore controllato dai mezzi di controllo 6. In seguito a compressione, preferibilmente, il gas transita nel secondo scambiatore di calore 51 dove condensa cedendo energia termica al circuito d’utenza 40. A seguito della condensazione, il gas si raffredda e poi si espande diminuendo ulteriormente la propria temperatura entro il circuito di refrigerazione 52.

Giunto al primo scambiatore di calore 50, il gas evapora assorbendo l’energia termica in arrivo dalla seconda linea di scambio 321. Il gas confluisce poi al compressore.

Preferibilmente, il fluido all’interno della seconda linea di scambio 321 raggiunge temperature inferiori a 40°C e viene reintrodotto nel secondo stadio intercooler 320 per ricevere ancora calore dai mezzi motori 2.

Naturalmente, come già accennato, i mezzi di controllo 6 consentono di controllare ciascuno dei mezzi di pompaggio 60 e dei mezzi sensori 61 presenti nel circuito di cambio 30 e nel circuito d’utenza 40.

Inoltre, i mezzi di controllo 6 preferibilmente controllano ulteriori mezzi di controllo come mezzi valvolari 62 e mezzi ausiliari 63.

Tra i mezzi valvolari 62 possono essere presenti, ad esempio, le valvole atte ad isolare l’apparato di trasferimento 5 e/o il secondo dissipatore 322, così come le altre valvole atte a consentire il regolare funzionamento dei circuiti 30, 40, oppure ancora la valvola di espansione all’interno del circuito di refrigerazione 52.

I mezzi ausiliari 63 possono comprendere, ad esempio, il compressore all’interno dei mezzi di controllo 6 e qualsiasi altro mezzo che consenta il regolare funzionamento dei circuiti 30, 40 come noto al tecnico del ramo, come mostrato nelle Figg. 2a-3b, come ad esempio dei giunti antivibranti o dei filtri disposti nei circuiti 30, 40, degli attuatori elettrici per l’attivazione delle valvole, ventilatori elettrodissipativi, ricevitori di dati elettronici ed altro ancora.

Il compressore è, tuttavia, anche considerabile come parte dei mezzi di pompaggio 60 dato che consente di controllare la pressione del gas refrigerante all’interno del circuito di refrigerazione 52.

I mezzi di controllo 6 consentono di realizzare, in ogni caso, il procedimento secondo alcune logiche preferite. Preferibilmente, il fine di realizzare la seconda fase di trasferimento, il procedimento svolge una fase di rilevamento.

Nella fase di rilevamento, preferibilmente, i mezzi di controllo 6 isolano il secondo dissipatore 322 dalla seconda linea di scambio 321 utilizzando dei mezzi valvolari 62. Inoltre, preferibilmente, i mezzi di controllo 6 rilevano la temperatura del fluido all’interno della seconda linea di scambio 321. In questa fase, l’apparato di trasferimento 5 è preferibilmente inattivo.

Quando la temperatura del fluido raggiunge un valore soglia predeterminato, i mezzi di controllo realizzano la seconda fase di trasferimento. Quest’ultima si compone, quindi di almeno due sotto-fasi: una fase di refrigerazione ed una di azionamento. Preferibilmente, ma non necessariamente, le due fasi sono svolte simultaneamente. Nella fase di refrigerazione, preferibilmente, l’apparato di trasferimento 5 viene attivato per realizzare il ciclo frigorifero e, pertanto, i mezzi di controllo 6 azionano i mezzi ausiliari 63, come il compressore, ed eventuali mezzi di pompaggio 60 e/o mezzi valvolari 62.

Nella fase di azionamento, preferibilmente i mezzi di controllo 6 azionano il lato utenza 4, ossia attivano i mezzi di pompaggio 60 atti a far circolare il fluido entro il circuito d’utenza 40. In questo modo, preferibilmente, la linea di uscita 40a inizia a fa circolare il fluido verso il secondo scambiatore di calore 50 e verso il terzo scambiatore di calore 312.

Come già detto in precedenza, se la seconda linea di scambio 321 include anche dei mezzi di accumulo 323, la fase di rilevamento non avviene direttamente sui condotti che definiscono la seconda linea di scambio 321, ma avviene all’interno dei mezzi di accumulo 323. In questo senso, i mezzi sensori 61 sono preferibilmente posizionati all’interno dei mezzi di accumulo 323 e risentono in maniera minore di eventuali fluttuazioni di temperatura del fluido all’interno del secondo circuito 32. L’impianto di cogenerazione migliorato 1 secondo l’invenzione consegue importanti vantaggi.

Infatti, il trasferimento di energia termica residua tra il secondo circuito 32 ed il circuito d’utenza consente di incrementare il rendimento dell’impianto 1 stesso. È stato riscontrato, infatti, che rispetto ai comuni impianti di cogenerazione, che non includono il trasferimento al secondo circuito 32, l’impianto 1 consente di aumentare il rendimento termico del 4-5%.

Inoltre, l’apparato di trasferimento 5 è facilmente implementabile e può essere, quindi, agevolmente connesso a parte dei circuiti di scambio 30 e d’utenza 40 già presenti sui comuni impianti in modo tale da convertirli a impianti di cogenerazione migliorati 1.

In ogni caso, l’aumento di rendimento termico viene ottenuto a fronte di modifiche che hanno un ridotto impatto sui costi di produzione dell’impianto 1 stesso o di parte di esso, quando esso deriva da conversione.

In conclusione, un ulteriore vantaggio dell’impianto 1 è dato dal fatto di consentire l’aumento di energia termica utile nel calcolo dell’energia risparmiata all’utenza 4. Tale vantaggio ha un forte impatto sulla possibilità di accedere ad incentivi definiti da normative nazionali, come le certificazioni bianche dedicate alla cogenerazione ad alto rendimento C.A.R. secondo quanto previsto da Dr. Lgs. del 2 Settembre in Italia, dato che alla contabilizzazione dell’energia termica recuperata dai tradizionale sistemi di recupero può essere aggiunta l’energia recuperata dal sistema intercooler secondo stadio, in particolare tramite l’apparato di trasmissione 5.

L’invenzione è suscettibile di varianti rientranti nell'ambito del concetto inventivo definito dalle rivendicazioni.

In tale ambito tutti i dettagli sono sostituibili da elementi equivalenti ed i materiali, le forme e le dimensioni possono essere qualsiasi.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto (1) di cogenerazione migliorato comprendente: - mezzi motori (2) generanti energia termica ed atti ad alimentare almeno un generatore di energia elettrica, - mezzi di recupero (3) almeno parzialmente operativamente connessi con detti mezzi motori (2) ed atti a prelevare detta energia termica da detti mezzi motori (2) per mezzo di un circuito di scambio (30), e - almeno una utenza (4) includente un circuito d’utenza (40) operativamente connesso a detto circuito di scambio (30), - detto circuito di scambio (30) includendo almeno un primo circuito (31) atto a trasferire la maggior parte di detta energia termica a detto circuito d’utenza (40) cosicché detti mezzi motori (2) mantengano almeno una energia termica residua, ed essendo caratterizzato dal fatto di comprendere - un secondo circuito (32) atto a traferire detta energia termica residua a detto circuito d’utenza (40).
2. 2. Impianto (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto circuito d’utenza (40) include almeno una linea di uscita (40a) ed una linea di ingresso (40b) definita da almeno un accesso principale (400) ed un accesso secondario (401), detto accesso principale (400) essendo realizzato dall’interazione tra detta linea di uscita (40a) e detto primo circuito (31) e detto accesso secondario (401) essendo realizzato dall’interazione tra detta linea di uscita (40a) e detto secondo circuito (32).
3. 3. Impianto (1) secondo almeno una rivendicazione precedente, comprendente un apparato di trasmissione (5) configurato per consentire il trasferimento di detta energia termica residua a detto circuito d’utenza (40) per mezzo di un ciclo di tipo frigorifero.
4. 4. Impianto (1) secondo almeno una rivendicazione precedente, in cui detto secondo circuito (32) include almeno un secondo stadio intercooler (320) ed una seconda linea di scambio (321) e detto apparato di trasmissione (5) include almeno un primo scambiatore di calore (50), detto secondo stadio intercooler (320) essendo atto a prelevare detta energia termica residua da detti mezzi motori (2) e detto primo scambiatore di calore (50) essendo atto a traferire detta energia termica residua tramite detta seconda linea di scambio (321) a detto apparato di trasmissione (5).
5. 5. Impianto (1) secondo almeno la rivendicazione 4, in cui detto apparato di trasmissione (5) include un secondo scambiatore di calore (51) ed un circuito di refrigerazione (52), detti circuito di refrigerazione (52) includendo un fluido atto a trasferire calore da detto primo scambiatore di calore (50) a detto secondo scambiatore di calore (51) e detto secondo scambiatore di calore (51) essendo atto a cedere calore a detta linea di uscita (40b) in modo tale da realizzare detto accesso secondario (401).
6. 6. Impianto (1) secondo almeno una rivendicazione precedente, in cui detto secondo circuito (32) include un secondo dissipatore (322) operativamente connesso a detta seconda linea di scambio (321) e detta seconda linea di scambio (321) essendo configurata per disattivare detto apparato di trasmissione (5) quando detto secondo dissipatore (322) è in funzione o disattivare detto secondo dissipatore (322) quando detto apparato di trasmissione (5) è in funzione.
7. 7. Impianto (1) secondo almeno una rivendicazione precedente, in cui detto primo circuito (31) include almeno un primo stadio intercooler (310), una prima linea di scambio (311) ed un terzo scambiatore di calore (312), detto primo stadio intercooler (310) essendo atto a prelevare detta maggior parte di energia termica da detti mezzi motori (2) e detto terzo scambiatore di calore (312) essendo atto a traferire detta maggior parte di energia termica a detta linea di uscita (40a) in modo tale da realizzare detto accesso principale (400).
8. 8. Impianto (1) secondo almeno una rivendicazione precedente, comprendente dei mezzi di controllo (6) include mezzi di pompaggio (60) e dei mezzi sensori (61) operativamente connessi ad almeno detta seconda linea di scambio (321), detti mezzi di pompaggio (60) essendo atti a controllare la portata e/o pressione di fluido entro detta seconda linea di scambio (321), detto circuito di refrigerazione (52) e detta linea di uscita (40a), detti mezzi sensori (61) essendo atti rilevare la temperatura di detto fluido entro detta seconda linea di scambio (321) e detti mezzi di controllo (6) essendo atti a comandare detti mezzi di pompaggio (60) in maniera tale da attivare o disattivare selettivamente ciascuno di detto circuito di refrigerazione (52) e detta linea di uscita (40a) in relazione a dette temperature rilevate da detti mezzi sensori (61) entro detta seconda linea di scambio (321).
9. 9. Impianto (1) secondo almeno una rivendicazione precedente, in cui detto secondo circuito (32) include un congegno di accumulo (323) disposto a valle di detto scambiatore di calore (50).
10. 10. Impianto (1) secondo almeno una rivendicazione precedente, in cui detti mezzi sensori (61) sono operativamente connessi a detto congegno di accumulo (323) ed atti a rilevare la temperatura del fluido entro detto congegno di accumulo (323) e detti mezzi di pompaggio (60) attivano detta linea di uscita (40a) quando detta temperatura in detto congegno di accumulo (323) raggiunge dei valori soglia predeterminati.