ITBZ20090005A1

ITBZ20090005A1 - Procedimento termomeccanico per alimentare un fluido ad un motore di espansione e impianto termomeccanico per la sua attuazione.

Info

Publication number: ITBZ20090005A1
Application number: IT000005A
Authority: IT
Inventors: Walter Klotz
Original assignee: Walter Klotz
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2010-09-05

Description

Procedimento termomeccanico per alimentare un fluido ad un motore di espansione e impianto termomeccanico per la sua attuazione

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento termomeccanico per alimentare un fluido ad un motore di espansione e impianto termomeccanico per la sua attuazione secondo le parte classificante della rivendicazione 1 e la rivendicazione 2 relativamente all'impianto.

Per alimentare per esempio un motore di espansione, per esempio sotto forma di un motore a pistone rotante, con un fluido, questo deve presentare determinate caratteristiche al fine di permettere l'espansione per esempio da una pressione ad una pressione più bassa. Impianti per l'attuazione di un sistema di questo tipo, presentano delle forme note con lo svantaggio di avere un rendimento molto basso anche perché vengono impiegati fluidi con caratteristiche fisiche non adatte o poco adatte e in più impianti di questo tipo non prevedono un recupero soddisfacente della energia non utilizzata per il motore di espansione così sia per utilizzarla come energia termica sia per condurla nella fonte di riscaldamento del fluido utilizzato per l'espansione.

Così nel brevetto tedesco DE 103 52 520 viene descritto un procedimento per esercire un motore stazionario o mobile per mezzo di un gas sotto pressione e un relativo impianto per l'attuazione del procedimento. Questo impianto in un processo circuitale il fluido di lavoro prima di alimentarlo in un motore viene accumulato sotto uno stato liquido in un serbatoio, il fluido di lavoro liquido viene trasferito ad uno stato gassoso, compresso, condotto in recuperatori per l'ulteriore riscaldamento in un gruppo di espansione e da ivi espanso nel motore di espansione, fluido di lavoro eccessivo venendo espulso attraverso un impianto per gas di scarico e silenziatore nei dintorni. Il fluido di lavoro gassoso e da condurre con una velocità di flusso ridotta e pressione aumentata nel gruppo di espansione e è alimentabile con pressione di lavoro e volume costantemente e separatamente regolabili come pure con impulso di tempo regolabile, a seconda dell'esigenza della potenza richiamabile, dal gruppo di espansione al motore di espansione. Il fluido di lavoro in eccesso nel processo circuitale e autonomamente generato è da condurre in un serbatoio di gas sotto pressione ed è alimentabile da questo attraverso un raffreddamento misto di un gruppo di espansione al processo circuitale. Soltanto la parte del fluido di lavoro che raggiunge il motore di espansione con una pressione al di sopra di 2,5 bar, viene espulsa attraverso il gruppo dei gas di scarico e silenziatore con una temperatura di circa 7° C e senza sostanze nocive ai dintorni e deve essere sostituita con un nuovo richiamo di fluido di lavoro. Con il processo circuitale parzialmente chiuso aria e azoto e con processo circuitale chiuso elio, biossido di carbonio, acqua, ammoniaca, alcoli, refrigeranti ecologici organici e idrocarburi con ossidazione di una biomassa sono utilizzabili come fluido di lavoro.

Come si può notare con questo sistema il rendimento è molto variabile e non controllabile e in più vengono espulse sostanze non utilizzate all'ambiente.

Lo scopo della presente invenzione è pertanto quello di proporre un procedimento adatto ad utilizzare un fluido con caratteristiche tali da ottenere un massimo di rendimento per un motore di espansione e sia anche adatto a fare recuperare l'energia residua. Inoltre il procedimento e l'impianto devono essere concepiti in modo da ottenere un circuito chiuso.

Questo scopo viene raggiunto in un procedimento per alimentare un fluido ad un motore di espansione secondo la parte caratterizzante della rivendicazione 1 e con un impianto termomeccanico secondo la parte caratterizzante della rivendicazione 2.

Utilizzando un refrigerante che ha un punto di ebollizione a temperature leggermente superiori alle temperature ambientali, questo refrigerante può essere riscaldato facilmente e bollito sopra 100°raggiungendo così un alto contenuto termico ad alta pressione. Se questa temperatura alta e la pressione vengono utilizzate per esempio per alimentare un motore di espansione, per esempio sotto forma di un motore a pistone rotante, fluido di lavoro può raggiungere anche velocità del suono per azionare un motore di espansione. Questo motore di espansione naturalmente può essere utilizzato per esempio per muovere un generatore di energia elettrica.

Dotando il sistema di una valvola di regolazione della pressione e un separatore di condensa il fluido viene regolato alla detta velocità.

In una preferita forma di realizzazione come fluido viene utilizzato il refrigerante noto sotto il nome "Solkatherm<®>SES36".

Se l'uscita del motore di espansione viene collegata con un condensatore/scambiatore di calore, l'ulteriore calore può essere ceduto ad un liquido in circuito per esempio per il riscaldamento dell'ambiente. L'uscita del condensatore a sua volta viene collegata preferibilmente, in una preferita forma di realizzazione, con un serbatoio di condensato, che viene alimentato tramite una pompa di ritorno con la fonte di energia. Opportunamente la fonte di energia è formata da uno scambiatore di calore che viene riscaldato per esempio da un collettore solare.

Preferibilmente la turbina è corredata di un magnete permanente e il rotore è supportato su un magnete.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi risultano dalle rivendicazioni e dalla seguente descrizione di una preferita forma di realizzazione, rappresentata nel disegno allegato, in cui l'unica Figura rappresenta uno schema a blocchi di un impianto termomeccanico secondo l'invenzione. Come rappresentato nella Figura, con il numero di riferimento 1 è indicato nel suo insieme un impianto termomeccanico secondo l'invenzione.

L'impianto termomeccanico 1 presenta uno scambiatore di calore 2 con una entrata di fluido riscaldato 3 collegata tramite una fascio tubiero 4 con una uscita di fluido raffreddato 5. Lo scambiatore di calore 2 può essere alimentato tramite l'entrata 3, per esempio da un collettore solare, però anche altre fonti di energia sono possibili. Lo scambiatore di calore è inoltre dotato di una uscita 6 del veicolo di calore che è collegata tramite una tubazione 7 con un separatore di gocce 8. Questo è collegato attraverso una tubazione 9 con un motore di espansione 10. Questo potrebbe essere sia una turbina o un motore a pistone rotante del tipo noto e da scegliere secondo la convenienza.

Il motore di espansione 10 è collegato attraverso una tubazione 11 con un condensatore/scambiatore di calore 12. In questo attraverso una serpentina 13 fluido di lavoro viene raffreddato e cede il calore ad un fluido 14, per esempio acqua, che è portata in circolazione attraverso una mandata d'acqua 15 verso una utenza, per esempio un impianto di riscaldamento. Il fluido d'acqua di ritorno nell'impianto di riscaldamento entra in 16 nello scambiatore di calore 12. Una tubazione 17 collega l'uscita della serpentina 13 con un serbatoio di condensato 18. Da questo il condensato viene estratto tramite una pompa 19 che è collegata per mezzo di una tubazione 20 con l'ingresso 21 dello scambiatore di calore 2.

In una preferita forma di realizzazione il fluido di riscaldamento che entra in 3 è acqua surriscaldata a 135° C, che dopo aver ceduto il calore, esce in 5 a 115°C. Il fluido di lavoro esce in 6, preferibilmente ad una temperatura di 130°C per espandersi e arrivare all'uscita del motore di espansione a 90° C. Nello scambiatore di calore 12 il fluido di lavoro di 90° C riscalda l'acqua a 70° C che cede il suo calore per esempio ad un impianto di riscaldamento, per arrivare di ritorno a 50°C in 16. Così il fluido di lavoro dopo aver ceduto il suo calore al fluido 14, esce in 17 ad una temperatura di 55° C che viene poi portato a questa temperatura all'ingresso 21.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Procedimento termomeccanico per alimentare un fluido ad un motore di espansione, comprendente una fonte di calore atta a riscaldare un fluido ad alta temperatura e pressione, caratterizzato dal fatto che un refrigerante che ha un punto di ebollizione a temperature superiori alle temperature ambientali, viene riscaldato e evaporato sopra 100°raggiungendo così un alto contenuto termico ad alta pressione, e viene alimentato al motore di espansione.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che come fluido viene utilizzato il refrigerante noto sotto il nome"Solkatherm<®>SES36".
3. Impianto termomeccanico per l’attuazione del procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere come fonte di energia uno scambiatore di calore (2) con una entrata di fluido riscaldato (3) e con una uscita (5) di fluido raffreddato, lo scambiatore di calore essendo inoltre dotato di una uscita (6) del veicolo di calore con un motore di espansione (10).
4. Impianto secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il motore di espansione (10) è una turbina o un motore a pistone rotante del tipo noto
5. Impianto secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il motore di espansione (10) è collegato con un condensatore/scambiatore di calore (12) collegato con una utenza.
6. Impianto secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il condensatore/scambiatore di calore (12) è collegato con un serbatoio di condensato (18) a sua volta collegato con una pompa (19) che è collegata con l'ingresso (21) dello scambiatore di calore (2).
7. Impianto secondo le rivendicazioni da 3 a 6, caratterizzato dal fatto il fluido di riscaldamento che entra in 3 è acqua surriscaldata a 135°C, che dopo aver ceduto il calore, esce a 115°C, mentre il fluido di lavoro esce dallo scambiatore di calore (2) ad una temperatura di 130°C per espandersi e arrivare all'uscita del motore di espansione a 90°C, nello scambiatore di calore (12), a valle del motore di espansione, il fluido di lavoro di 90°C riscaldando l'acqua a 70°C contenuta in esso che cede il suo calore alla utenza, per esempio ad un impianto di riscaldamento, per arrivare di ritorno a 50°C nel detto scambiatore di calore, il fluido di lavoro dopo aver ceduto il suo calore al l’acqua, uscendo dallo scambiatore di calore (12) ad una temperatura di 55°C che viene poi portato a questa temperatura all'ingresso (21).
8. Impianto secondo le rivendicazioni da 3 a 6, caratterizzato dal fatto che il motore di espansione è un motore a pistone rotante.
9. Impianto secondo le rivendicazioni da 3 a 6, caratterizzato dal fatto che il motore di espansione muove un generatore di energia elettrica.