ITTO20130212A1 - Dispositivo di produzione di energia elettrica mediante recupero di calore radiante e forno rotante dotato di tale dispositivo. - Google Patents

Description

“DISPOSITIVO DI PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA MEDIANTE RECUPERO DI CALORE RADIANTE E FORNO ROTANTE DOTATO DI TALE DISPOSITIVOâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di produzione di energia elettrica mediante recupero di calore radiante, per esempio prodotto da un forno rotante, e ad un tale forno rotante dotato di tale dispositivo.

Sono noti nella tecnica i forni rotanti tipicamente utilizzati nelle industrie cementizie, ed in particolare i forni di produzione del clinker: tali forni sono generalmente costituiti da un cilindro rotante avente un diametro compreso tra 3 e 6 metri ed una lunghezza compresa tra 55 e 180 metri, tale cilindro essendo disposto orizzontalmente con una leggera inclinazione da 2 a 6% ed avente una velocità di rotazione variabile da 1 giro/minuto a 4 giri/minuto per favorire l'avanzamento del materiale all’interno del cilindro stesso. La temperatura di lavoro all’interno del cilindro rotante può raggiungere i 1450°C mentre la temperatura all’esterno del cilindro stesso può raggiungere i 250-300°C.

Sono altresì note le termocoppie ad effetto Seebeck composte da un circuito costituito da conduttori metallici o semiconduttori nel quale una differenza di temperatura genera energia elettrica.

La tecnica propone quindi sistemi e dispositivi che consentano di recuperare il calore radiante emesso all’esterno da tali forni rotanti, ed in particolare dal relativo cilindro, e convertirlo in energia elettrica: esempi di tali sistemi sono decritti in CN102072641 e WO2012019314. In particolare:

- CN102072641 descrive un sistema di generazione di energia elettrica per forno rotante che raccoglie il calore radiante dal forno stesso per conduzione termica mediante un radiatore ed un fluido termovettore di scambio e lo conduce ad una termocoppia ad effetto Seebeck solidale al forno stesso e, di conseguenza, rotante solidalmente con esso: le cariche elettriche prodotte da tale termocoppia sono quindi raccolte tramite spazzole conduttrici, rendendo particolarmente complessa l’installazione ed affidabile il funzionamento di tale sistema;

- WO2012019314 descrive un sistema per raccogliere il calore con fluidi vettori da diverse parti del forno rotante, miscelarlo ed avviarlo alla generazione di energia elettrica al livello di temperatura più idoneo al fine di sfruttarlo in maniera migliore.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di risolvere i suddetti problemi della tecnica anteriore fornendo un dispositivo di produzione di energia elettrica mediante recupero di calore radiante da un forno rotante per solo irraggiamento, senza richiedere quindi l’utilizzo di alcun fluido termovettore.

Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un dispositivo di produzione di energia elettrica mediante recupero di calore radiante da un forno rotante nel quale i relativi mezzi di conversione di energia termica in energia elettrica, preferibilmente costituiti da uno o più termocoppie ad effetto Seebeck, sono in posizione fissa e non ruotano insieme a tale forno.

Inoltre, uno scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un dispositivo di produzione di energia elettrica mediante recupero di calore radiante da un forno rotante per il cui funzionamento non sia necessaria una temperatura ottimale diffusa sul cilindro rotante del forno stesso.

Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un forno rotante dotato di un dispositivo di produzione di energia elettrica mediante recupero di calore radiante prodotto dal forno stesso nel quale non esiste alcun punto di contatto, in particolare né di tipo termico né di tipo elettrico, tra il cilindro rotante di tale forno ed il dispositivo stesso.

I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell’invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un dispositivo di produzione di energia elettrica mediante recupero di calore radiante come quello descritto nella rivendicazione 1.

Inoltre, i suddetti ed altri scopi e vantaggi dell’invenzione vengono raggiunti con un forno rotante dotato di un dispositivo di produzione di energia elettrica mediante recupero di calore radiante prodotto dal forno stesso come quello descritto nella rivendicazione 8.

Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l’oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Resta inteso che tutte le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione.

Risulterà immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalità equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate.

La presente invenzione verrà meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la FIG. 1 mostra un vista in prospettiva frontale di una realizzazione preferita del dispositivo di produzione di energia elettrica mediante recupero di calore radiante secondo la presente invenzione;

- la FIG. 2 Ã ̈ una vista in prospettiva di una realizzazione preferita di un forno rotante secondo la presente invenzione dotato del dispositivo della FIG. 1; e

- la FIG. 3 à ̈ un’altra vista in prospettiva del forno rotante della FIG. 2.

Facendo riferimento alle Figure à ̈ possibile notare che il dispositivo 1 secondo la presente invenzione di produzione di energia elettrica mediante recupero di calore radiante comprende almeno una struttura di supporto 3 avente almeno una prima superficie 5 rivolta verso una fonte di calore radiante, come per esempio almeno un cilindro rotante di almeno un forno, ed almeno una seconda superficie 7 opposta a tale prima superficie 5, tale prima superficie 5 essendo almeno parzialmente ricoperta con almeno un mezzo 9 di captazione per irraggiamento di tale calore radiante e di conversione dell’energia termica di tale calore radiante in energia elettrica.

Preferibilmente, tale mezzo 9 di captazione per irraggiamento di tale calore radiante e di conversione dell’energia termica di tale calore radiante in energia elettrica à ̈ composto da almeno una termocoppia ad effetto Seebeck (per esempio del tipo a moduli noti in sé nella tecnica) e la prima superficie 5 e la seconda superficie 7 di tale struttura di supporto 3 sono collegate rispettivamente alla prima giunzione ed alla seconda giunzione di tale termocoppia ad effetto Seebeck. In questo caso, in particolare, detta T1una prima temperatura alla quale à ̈ esposta la prima superficie 5 e detta T2una seconda temperatura alla quale à ̈ esposta la seconda superficie 7, sarà ΔT = T1– T2≠ 0 per realizzare il differenziale di temperatura necessario al funzionamento della termocoppia ad effetto Seebeck per la creazione di energia elettrica: generalmente quindi, nel caso in cui il dispositivo 1 secondo la presente invenzione sia applicato ad un forno rotante, ed in particolare la prima superficie 5 della struttura di supporto 3 sia disposta in opportuna adiacenza al cilindro rotante di un tale forno di produzione del clinker, T1sarà per esempio uguale a circa 250-300°C mentre T2sarà sostanzialmente uguale alla temperatura ambiente alla quale à ̈ esposta la seconda superficie 7, in modo tale che ΔT = T1– T2≠ 0 e T1> T2, permettendo alla termocoppia ad effetto Seebeck stessa di generare corrente elettrica. Ovviamente il numero e la disposizione delle termocoppie ad effetto Seebeck disposte sulla prima superficie 5 della struttura di supporto 3 del dispositivo 1 secondo la presente invenzione possono essere i più vari, senza pertanto fuoriuscire dall’ambito di protezione della presente invenzione.

Vantaggiosamente, si può notare come i mezzi 9 del dispositivo 1 secondo la presente invenzione funzionino per trasformazione diretta dell’energia termica in energia elettrica, per cui non à ̈ necessario miscelare calori a differenti temperature per ottimizzare l’uso di tali termocoppie ad effetto Seebeck.

Inoltre, tali mezzi 9 possono essere composti da tipologie differenti di tali termocoppie ad effetto Seebeck in modo tale da ottimizzarne l’efficienza complessiva, quest’ultime potendo infatti essere scelte e disposte sulla prima superficie 5 della struttura di supporto 3 in maniera opportuna secondo la posizione che occuperanno rispetto al cilindro rotante del forno, per cui in corrispondenza di ogni sezione di tale cilindro può essere posizionata una o più termocoppie ad effetto Seebeck aventi le caratteristiche di funzionamento più idonee a generare elettricità secondo la prima temperatura T1e quindi l'energia trasmessagli per irraggiamento dal cilindro stesso.

In alternativa o in aggiunta, tale seconda superficie 7 può essere dotata di mezzi di dissipazione del calore (non mostrati), per esempio di tipo passivo composti da pannelli e elementi radianti o di tipo attivo composti da scambiatori di calore o comprendenti almeno un condotto di passaggio di un fluido termovettore di scambio, atti a sottrarre calore almeno da tale seconda superficie 7 ed incrementare il valore di tale differenza di temperatura ΔT = T1– T2tra tale prima superficie 5 e tale superficie 7 al fine di aumentare l’efficienza e la quantità di energia elettrica generata da tale termocoppia ad effetto Seebeck.

Altresì la forma di tale struttura di supporto 3, ed in particolare della sua prima superficie 5 possono essere le più varie: preferibilmente, così come à ̈ possibile notare in particolare nelle Figure, almeno tale prima superficie 5 ha forma in sezione curvilinea in modo tale da seguire l’andamento curvilineo longitudinale della superficie esterna del cilindro rotante del forno verso la quale à ̈ rivolta ed alla quale à ̈ posta in opportuna adiacenza, in modo tale che tale mezzo 9, ed in particolare tali termocoppie ad effetto Seebeck, captino per irraggiamento il calore radiante emesso dal cilindro rotante stesso in modo sostanzialmente uniforme. Ancora più preferibilmente, almeno tale prima superficie 5 ha forma in sezione ad arco di cerchio avente centro lungo l’asse di rotazione del cilindro rotante del forno e, ancora più preferibilmente, anche tale seconda superficie 7 ha forma in sezione ad arco di cerchio avente centro lungo l’asse di rotazione del cilindro rotante del forno in modo tale che tale struttura di supporto 3 abbia forma longitudinale di sezione di cilindro cavo avente asse di simmetria coincidente con l’asse di rotazione di tale cilindro rotante.

La presente invenzione riguarda inoltre un forno rotante 100, preferibilmente dedicato ad applicazioni cementazione per la produzione di clinker dotato di almeno un dispositivo 1 di produzione di energia elettrica mediante recupero per irraggiamento del calore radiante emesso da tale forno 100, ed in particolare ad almeno un cilindro rotante di tale forno 100. In particolare, così come à ̈ possibile notare nelle FIGG. 2 e 3, tale forno 100 comprende quindi almeno un cilindro rotante 101, del tipo sostanzialmente noto nella tecnica, ed almeno un dispositivo 1 di produzione di energia elettrica mediante recupero del calore radiante per irraggiamento emesso da tale forno 100 come quello precedentemente descritto secondo la presente invenzione, tale dispositivo 1 comprendente quindi almeno una struttura di supporto 3 avente almeno una prima superficie 5 rivolta verso tale cilindro rotante 101 del forno 100, ed almeno una seconda superficie 7 opposta a tale prima superficie 5, tale prima superficie 5 essendo almeno parzialmente ricoperta con almeno un mezzo 9 di captazione per irraggiamento di tale calore radiante e di conversione dell’energia termica di tale calore radiante in energia elettrica, tale mezzo 9 di captazione per irraggiamento di tale calore radiante e di conversione dell’energia termica di tale calore radiante in energia elettrica essendo composto preferibilmente da almeno una termocoppia ad effetto Seebeck.

Anche in questo caso, almeno la prima superficie 5 della struttura di supporto 3 ha preferibilmente forma in sezione curvilinea in modo tale da seguire l’andamento curvilineo longitudinale della superficie esterna del cilindro rotante 101 del forno 100 verso la quale à ̈ rivolta ed alla quale à ̈ posta in opportuna adiacenza, ed ancora più preferibilmente almeno tale prima superficie 5 ha forma in sezione ad arco di cerchio avente centro lungo l’asse di rotazione del cilindro rotante 101 del forno 100 e, ancora più preferibilmente, anche tale seconda superficie 7 ha forma in sezione ad arco di cerchio avente centro lungo l’asse di rotazione del cilindro rotante 101 del forno 100 in modo tale che tale struttura di supporto 3 abbia forma longitudinale di sezione di cilindro cavo avente asse di simmetria coincidente con l’asse di rotazione di tale cilindro rotante 101.

Il Richiedente ha determinato le seguenti prestazioni di produzione di energia elettrica da parte di un dispositivo 1 secondo la presente invenzione applicato ad un forno rotante 100 aventi le caratteristiche di seguito indicate:

- lunghezza del cilindro rotante: 30 m;

- diametro del cilindro rotante: 3,5 m;

- porzione di superficie esterna del cilindro rotante alla quale à ̈ sovrapposta la prima superficie del dispositivo secondo la presente invenzione: 50%;

- T1= 250°C e T2= temperatura ambiente;

- tempo di funzionamento del forno = 7200 ore/anno;

- potenza specifica disponibile 0,4 m<2>/KW, 2,6 KW/m<2>, 1,15 m<2>→ 3KW;

- prima superficie del dispositivo secondo la presente invenzione ricoperta da mezzi di captazione composti da 120 termocoppie ad effetto Seebeck in moduli disposti in 4 righe sovrapposte di 30 moduli ciascuna, con una potenza di 100 KW per ogni riga ed una potenza totale di 400 KW;

- elettricità prodotta: 400 KW * 7200 ore/anno = 2,88 GWh/anno (2,880,000 KWh/anno).

Si noti ovviamente che se, nell’esempio sopra descritto, la prima temperatura T1à ̈ maggiore di 250°C, l’elettricità prodotta sarà maggiore.

Si sono descritte alcune forme preferite di attuazione dell’invenzione, ma naturalmente esse sono suscettibili di ulteriori modifiche e varianti nell’ambito della medesima idea inventiva. In particolare, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell'invenzione come evidenziato nelle rivendicazioni allegate.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (1) di produzione di energia elettrica mediante recupero di calore radiante caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una struttura di supporto (3) avente almeno una prima superficie (5) rivolta verso una fonte di calore radiante, ed almeno una seconda superficie (7) opposta a detta prima superficie (5), detta prima superficie (5) essendo almeno parzialmente ricoperta con almeno un mezzo (9) di captazione per irraggiamento di detto calore radiante e di conversione di energia termica di detto calore radiante in energia elettrica, detta fonte di calore radiante essendo almeno un cilindro rotante (101) di almeno un forno (100).
2. 2. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto forno (100) Ã ̈ un forno di produzione di clinker.
3. 3. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto mezzo (9) à ̈ composto da almeno una termocoppia ad effetto Seebeck e detta prima superficie (5) e detta seconda superficie (7) di detta struttura di supporto (3) sono collegate rispettivamente ad una prima giunzione e ad una seconda giunzione di detta termocoppia ad effetto Seebeck, tale che ΔT = T1– T2≠ 0 e T1> T2, dove T1à ̈ una prima temperatura alla quale à ̈ esposta detta prima superficie (5) e T2à ̈ una seconda temperatura alla quale à ̈ esposta detta seconda superficie (7).
4. 4. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta seconda superficie (7) di detta struttura di supporto (3) Ã ̈ dotata di mezzi di dissipazione del calore atti a sottrarre calore almeno da detta seconda superficie (7).
5. 5. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che almeno detta prima superficie (5) ha forma in sezione curvilinea.
6. 6. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta prima superficie (5) ha forma in sezione ad arco di cerchio avente centro lungo un asse di rotazione di detto cilindro rotante (101) di detto forno (100).
7. 7. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta seconda superficie (7) ha forma in sezione ad arco di cerchio avente centro lungo detto asse di rotazione di detto cilindro rotante (101) di detto forno (100).
8. 8. Forno (100), in particolare per una produzione di clinker, comprendente almeno un cilindro rotante (101), caratterizzato dal fatto di essere dotato di almeno un dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7 di produzione di energia elettrica mediante recupero per irraggiamento del calore radiante emesso da detto cilindro (101), detto dispositivo (1) comprendente almeno una struttura di supporto (3) avente almeno una prima superficie (5) rivolta verso detto cilindro rotante (101) ed almeno una seconda superficie (7) opposta a detta prima superficie (5), detta prima superficie (5) essendo almeno parzialmente ricoperta con almeno un mezzo (9) di captazione per irraggiamento di detto calore radiante e di conversione dell’energia termica di detto calore radiante in energia elettrica.
9. 9. Forno (100) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto mezzo (9) Ã ̈ composto da almeno una termocoppia ad effetto Seebeck.
10. 10. Forno (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 8 o 9, caratterizzato dal fatto che almeno detta prima superficie (5) di detta struttura di supporto (3) ha forma in sezione curvilinea, ed ancora più preferibilmente almeno detta prima superficie (5) ha forma in sezione ad arco di cerchio avente centro lungo un asse di 5 rotazione di detto cilindro rotante (101) di detto forno (100) ed ancora più preferibilmente anche detta seconda superficie (7) ha forma in sezione ad arco di cerchio avente centro lungo detto asse di rotazione di detto cilindro rotante (101) di detto 10 forno (100).