ITUB20156071A1

ITUB20156071A1 - Sistema e metodo di controllo per cabine remi

Info

Publication number: ITUB20156071A1
Application number: ITUB2015A006071A
Authority: IT
Inventors: Francesca Monti; Simone Amidei
Original assignee: Nuovo Pignone Tecnologie Srl
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2017-06-02
Also published as: RU2731147C2; WO2017093396A1; JP2018537629A; EP3384203B8; EP3384203A1; US10677392B2; JP6909216B2; RU2018119231A; RU2018119231A3; US20180356044A1; EP3384203B1

Description

"SISTEMA E METODO DI CONTROLLO PER CABINE REMI"

Descrizione

Campo tecnico

La presente descrizione riguarda il trasporto di gas. Più specificamente, la descrizione riguarda cosiddette cabine REMI, in cui un gas pressurizzato viene depressurizzato per essere distribuito in una rete di distribuzione a pressione più bassa. Forme di realizzazione qui descritte riguardano sistemi e metodi per fornire una efficiente depressurizzazione del gas e un recupero almeno parziale dell'energia di pressione.

Arte anteriore

Il gas è una delle sorgente primarie di energia usata sia per usi domestici sia per usi industriali. Gas naturale, comprendente usualmente una miscela di idrocarburi, viene trasportato attraverso condotti di trasporto su lunghe distanze e successivamente distribuito in reti di distribuzione.

Il gas viene trasportato nei condotti di trasporto a pressione relativamente elevata, ad esempio nell'intervallo da 55 a 65 bar. In una rete di distribuzione, attraverso cui il gas viene distribuito agli utenti finali, il gas è presente ad una pressione sostanzialmente inferiore, ad esempio nell'ordine di 6-24 bar, in funzione della legislazione locale. Vengono usate cabine REMI, in cui il gas fluisce dal condotto di trasporto verso la rete di distribuzione mentre la pressione del gas viene ridotta come richiesto.

In cabine REMI comunemente utilizzate il gas viene fatto espandere in valvole di controllo della pressione, anche denominate valvole Joule Thomson (JT). L'intera energia associata alla pressione viene dissipata nella valvola di controllo della pressione. Durante la decompressione il gas si raffredda a causa dell'effetto Joule Thomson. Gli idrocarburi più pesanti presenti nel gas possono condensare se viene raggiunta una temperatura del gas troppo bassa al termine del processo di decompressione. Allo scopo di evitare la condensazione e/o la formazione di idrati, viene normalmente prevista dalla normativa una temperatura minima ammissibile all'ingresso della rete di distribuzione. La temperatura minima è usualmente attorno a 0-5 °C. Pertanto, prima della decompressione, il gas viene riscaldato cosicché la temperatura finale di esso, dopo la decompressione, non scenda al di sotto della temperatura minima ammissibile del gas all'ingresso della rete di distribuzione.

Gas compresso viene usualmente riscaldato tramite scambio termico con acqua calda, che a sua volta è prodotta in una caldaia, dove una porzione del gas trasportato nella rete di distribuzione viene bruciato per generare calore. La depressurizzazione del gas da una prima pressione di trasporto a una seconda pressione di distribuzione, inferiore rispetto alla pressione di trasporto, è pertanto un processo che consuma energia a causa di due fattori: da un lato l'energia di pressione presente nel gas viene dissipata. Dall· altro lato, una certa quantità di gas deve essere consumata soltanto allo scopo di riscaldare il gas ad alta pressione per evitare che la temperatura del gas a bassa pressione scenda sotto la temperatura minima ammissibile del gas.

Sono stati effettuati tentativi per far si che il processo di depressurizzazione consumi meno energia, recuperando l'energia di pressione dal gas. A questo scopo, il gas viene espanso in un turbo espantore, ad esempio una turbina radiale, che converte almeno parte dell'energia di pressione contenuta nel flusso di gas in potenza meccanica. Ques t'ultima può essere poi sfruttata come tale o convertita in potenza elettrica per mezzo di un generatore elettrico.

Tuttavia a parità di salto di pressione, un processo di espansione attraverso un turbo espantore che genera potenza meccanica provoca una riduzione di temperatura molto maggiore che non una valvola IT. Ciò corrisponde semplicemente al fatto che la trasformazione del gas non è una trasformazione adiabatica, bensì diviene una trasformazione quasi isoentropica, durante la quale potenza viene estratta dal flusso di gas che si espande.

Allo scopo di soddisfare i requisiti di temperatura all'ingresso della rete di distribuzione di gas, pertanto, deve essere spesa più potenza termica allo scopo di riscaldare i gas ad alta pressione ad una temperatura superiore rispetto a quella richiesta nel caso in cui venga usata una semplice valvola JT per scopi di depressurizzazione. Considerando il risparmio generato dalla potenza prodotta tramite l'espantore rispetto alla maggior quantità di spesa per il riscaldamento, il margine risultante è così modesto che raramente giustifica i maggiori investimenti richiesti per un macchinario complesso, quale il turbo espantore e il generatore elettrico.

US -8.028.535 suggerisce l'utilizzo di una pompa di calore transcritica quale sorgente di calore per riscaldare il gas in un sistema di depressurizzazione del gas. L'utilizzo di una pompa di calore transcritica può, in certe condizioni operative, risultare in un sistema di depressurizzazione più efficiente, in considerazione dell'elevato coefficiente di efficienza che la pompa di calore transcritica può raggiungere quando funziona fra la temperatura ambiente e la temperatura elevata che il gas deve raggiungere per essere espanso nel sistema di depressurizzazione.

Tuttavia è risultato che i sistemi di depressurizzazione che utilizzano pompe di calore transcritiche possono non essere efficienti in alcune condizioni di funzionamento, in particolare quando la portata di gas è ridotta rispetto alla portata di progetto attraverso l'espantore. Si deve notare che a causa del tipo di utilizzo fatto di questa sorgente di energia, la portata di gas subisce fluttuazioni giornaliere molto elevate, ad esempio poiché durante la notte viene richiesta una quantità molto minore di gas. Grandi fluttuazioni annuali sono anche da prendersi in considerazione, dovute al maggiore consumo di gas durante la stagione fredda, ed anche dovute alle variazioni di consumo di gas connesse alle variazioni dell'attività industriale, la quale anch'essa può variare durante l'anno.

Limitazioni e svantaggi analoghi vengono incontrati anche quando viene utilizzata una pompa di calore standard, cioè non transcritica, come mezzo di riscaldamento per riscaldare il gas pressurizzato prima della sua espansione nell'espantore.

Esiste pertanto una necessità di migliorare ulteriormente l'efficienza di cabine REMI utilizzanti espantori e pompe di calore quali sorgenti di calore per aumentare la temperatura del gas.

Sommario dell'invenzione

Secondo un primo aspetto, viene qui descritto un sistema di depressurizzazione di un gas in un condotto, comprendente un espantore configurato e disposto per generare potenza meccanica espandendo il gas da una prima pressione più alta ad una seconda pressione più bassa. Il sistema comprende inoltre una pompa di calore e un circuito di trasferimento di calore contenente un fluido termo vettore che circola in esso, per ricevere calore dalla pompa di calore e cedere calore al gas attraverso uno scambiatore di calore. Il sistema comprende anche un controllore, configurato e disposto per modulare una portata del fluido termovettore che circola nel circuito di trasferimento di calore in funzione di una portata di calore da trasferire dal fluido termovettore al gas.

In alcune forme di realizzazione lo scambiatore di calore è disposto a monte dell'espantore rispetto al verso del flusso del gas nel condotto. Il gas è così riscaldato prima dell'espansione nell'espantore.

La pompa di calore può essere una pompa di calore transcritica, ad esempio una pompa di calore transcritica che utilizza biossido di carbonio come fluido di lavoro. Una pompa di calore transcritica è una pompa di calore in cui il fluido di lavoro è in uno stato supercritico in almeno una porzione del circuito di lavoro.

Secondo alcune forme di realizzazione, il controllore può essere configurato e disposto per modulare la portata del fluido termo vettore in funzione di differenziali di temperatura fra il gas e il fluido termo vettore su un lato di ingresso del gas e su un lato di uscita del gas dello scambiatore di calore, allo scopo di impostare la portata del fluido termo vettore cosicché possa essere raggiunto il coefficiente di prestazione ottimale della pompa di calore.

Secondo un ulteriore aspetto, viene qui descritto un metodo per depressurizzare un gas in un condotto, comprendente le seguenti fasi:

alimentare un gas attraverso uno scambiatore di calore ed un espantore; espandere il gas da una prima pressione ad una seconda pressione nelfespantore e generare con ciò potenza meccanica;

riscaldare il gas nello scambiatore di calore alimentando ad esso calore da una pompa di calore attraverso un fluido termo vettore che circola in un circuito di trasferimento di calore ed in rapporto di scambio termico con il gas e con il fluido di lavoro elaborato dalla pompa di calore;

modulare una portata del fluido termovettore nel circuito di scambio termico in funzione di una portata di calore da trasferire dal fluido termo vettore al gas.

Caratteristiche e forme di realizzazione sono descritte qui di seguito e ulteriormente definite nelle rivendicazioni allegate, che formano parte integrale della presente descrizione. La sopra riportata breve descrizione individua caratteristiche delle varie forme di realizzazione della presente invenzione in modo che la seguente descrizione dettagliata possa essere meglio compresa e affinché i contribuiti alla tecnica possano essere meglio apprezzati. Vi sono, ovviamente, altre caratteristiche dell’invenzione che verranno descritte più avanti e che verranno esposte nelle rivendicazioni allegate. Con riferimento a ciò, prima di illustrare diverse forme di realizzazione dell’ invenzione in dettaglio, si deve comprendere che le varie forme di realizzazione dell’invenzione non sono limitate nella loro applicazione ai dettagli costruttivi ed alle disposizioni di componenti descritti nella descrizione seguente o illustrati nei disegni. L’invenzione può essere attuata in altre forme di realizzazione e attuata e posta in pratica in vari modi. Inoltre si deve comprendere che la fraseologia e la terminologia qui impiegate sono soltanto ai fini descrittivi e non devono essere considerate limitative.

Gli esperti del ramo pertanto comprenderanno che il concetto su cui si basa la descrizione può essere prontamente utilizzato come base per progettare altre strutture, altri metodi e/o altri sistemi per attuare i vari scopi della presente invenzione. E’ importante, quindi, che le rivendicazioni siano considerate come comprensive di quelle costruzioni equivalenti che non escono dallo spirito e dall’ambito della presente invenzione.

Breve descrizione dei disegni

Una comprensione più completa delle forme di realizzazione illustrate dell’invenzione e dei molti vantaggi conseguiti verrà ottenuta quando la suddetta invenzione verrà meglio compresa con riferimento alla descrizione dettagliata che segue in combinazione con i disegni allegati, in cui: la

la

Fig.l illustra un diagramma a blocchi di una forma di realizzazione esemplificativa di un sistema secondo la presente descrizione; la

Fig.2 illustra un ciclo termodinamico di una pompa di calore transcritica in un diagramma temperatura- entropia; le

Figg.3, 4 e 5 illustrano curve di trasferimento termico che mostrano il trasferimento di calore nello scambiatore di calore del sistema di Fig.l in differenti condizioni di funzionamento.

Descrizione dettagliata di forme di realizzazione

La descrizione dettagliata che segue di forme di realizzazione esemplificative fa riferimento ai disegni allegati. Gli stessi numeri di riferimento in disegni differenti identificano elementi uguali o simili. Inoltre, i disegni non sono necessariamente in scala. Ancora, la descrizione dettagliata che segue non limita F invenzione. Al contrario, F ambi lo dell’invenzione è definito dalle rivendicazioni allegate.

Il riferimento in tutta la descrizione a “una forma di realizzazione” o “la forma di realizzazione” o “alcune forme di realizzazione” significa che una particolare caratteristica, struttura o elemento descritto in relazione ad una forma di realizzazione è compresa in almeno una forma di realizzazione dell’oggetto descritto. Pertanto la frase “in una forma di realizzazione” o “nella forma di realizzazione” o “in alcune forme di realizzazione” in vari punti lungo la descrizione non si riferisce necessariamente alla stessa o alle stesse forme di realizzazione. Inoltre le particolari caratteristiche, strutture od elementi possono essere combinati in qualunque modo idoneo in una o più forme di realizzazione.

Qui di seguito viene fornita una descrizione dettagliata di una forma di realizzazione esemplificativa di un sistema secondo la presente descrizione, che utilizza una pompa di calore transcritica. Si deve tuttavia comprendere che almeno alcune delle caratteristiche del sistema e del metodo qui descritti possono essere usate anche in installazioni che utilizzano una pompa di calore standard, cioè non transcritica.

Nel significato qui utilizzato il termine "pompa di calore transcritica" indica una pompa di calore in cui il fluido di lavoro subisce trasformazioni termodinamiche cicliche e cambi fra stati supercritici e subcritici. Uno schema di una forma di realizzazione del sistema secondo la presente descrizione è mostrato in Fig.l.

Il sistema, complessivamente indicato con 1, è disposto fra un condotto di trasporto 3 di un gas ad alta pressione ed una rete di distribuzione di gas 5 a bassa pressione. II sistema I comprende un condotto 7, in accoppiamento di fluido con il condotto di trasporto di gas 3 ad alta pressione. Uno scambiatore di calore 9 è disposto lungo il condotto 7. Lo scambiatore di calore 9 può essere uno scambiatore di calore in contro flusso.

Un espantore 11, ad esempio un turboespantore radiale, è disposto a valle dello scambiatore di calore 9, rispetto al verso del flusso (freccia F) del gas nel condotto 7. L'ingresso dell'espantore II è in accoppiamento di fluido con l'uscita dello scambiatore di calore 9, mentre l'uscita dell'espantore 11 è in accoppiamento di flusso con la rete di distribuzione di gas a bassa pressione 5. L'espantore II può essere provvisto di vani di guida di ingresso variabili (IGV) schematicamente illustrati in HA, che possono essere comandati per regolare la portata di gas attraverso l'espantore 11, come verrà descritto in maggiore dettaglio più avanti. L'espantore 11 è progettato per supportare una portata massima attraverso di esso e gli IGV variabili 11A sono usati per regolare la portata da un minimo a detta portata massima, in funzione della richiesta di gas dalla rete di distribuzione di gas a bassa pressione 5.

L'espantore 11 è disposto e configurato per espandere gas in esso da una prima pressione più elevata a monte dell'espantore 11 ad una seconda pressione più bassa a valle dell'espantore 11. Lavoro viene generato attraverso l'espansione di gas e potenza meccanica è disponibile su un albero 13 dell'espantore. In alcune forme di realizzazione, la potenza meccanica può essere convertita in potenza elettrica. Ad esempio, come mostrato in Fig.l, l'albero 13 dell'espantore può essere meccanicamente accoppiato ad un generatore elettrico 15, che converte potenza meccanica generata dall'espantore 11 in potenza elettrica che viene alimentata ad una rete di distribuzione elettrica 17 o direttamente ad uno o più carichi elettrici (non mostrati).

Il gas che fluisce attraverso lo scambiatore di calore 9 è in rapporto di scambio termico con un circuito di trasferimento di calore 19, attraverso cui viene fatto circolare un fluido termovettore, ad esempio per mezzo di una pompa 21. Il fluido termovettore può essere un liquido, ad esempio acqua, o qualunque altro fluido idoneo. La freccia HT rappresenta il verso del flusso del fluido termovettore nel circuito di trasferimento di calore 19. Il fluido termo vettore nel circuito di trasferimento di calore 19 trasferisce calore al gas che fluisce attraverso il condotto 7 e lo scambiatore di calore 9. Il fluido termovettore è inoltre in rapporto di scambio termico con un lato ad alta temperatura di una pompa di calore 23, da cui il fluido termo vettore riceve calore. Nella forma di realizzazione esemplificativa qui descritta la pompa di calore 23 è una pompa di calore transcritica.

La pompa di calore transcritica 23 comprende un circuito di fluido di lavoro schematicamente indicato con 25, in cui un fluido di lavoro subisce trasformazioni termodinamiche cicliche per estrarre calore da una sorgente di calore a bassa temperatura, ad esempio aria, acqua od il terreno, e rilasciare calore ad una temperatura più alta al fluido termo vettore che circola nel circuito di trasferimento di calore 19. Il numero di riferimento 27 indica schematicamente lo scambiatore di calore a bassa temperatura della pompa di calore transcritica 23, in rapporto di scambio termico con la sorgente di calore a bassa temperatura. Il numero di riferimento 29 rappresenta schematicamente lo scambiatore di calore ad alta temperatura della pompa di calore transcritica 23. Una valvola di espansione 31 ed un compressore o pompa 33, azionato da un motore elettrico 35, suddividono il circuito del fluido di lavoro 25 in un lato a bassa pressione ed un lato ad alta pressione.

Il circuito di trasferimento di calore 19 interposto fra la pompa di calore transcritica 23 e lo scambiatore di calore 9 consente allo scambiatore di calore 9 ed al condotto 7 di essere disposti separatamente ed a distanza rispetto alla pompa di calore transcritica 23.

Gas ad alta pressione dal condotto di trasporto ad alta pressione 3 entra nel condotto 7 ad una pressione di ingresso Pine ad una temperatura di ingresso Tm. La pressione di ingresso Pmdipende dalle condizioni di funzionamento del condotto di trasporto di gas ad alta pressione 3, mentre la temperatura di ingresso Tmdipende tra l'altro da fattori ambientali, poiché il condotto di trasporto di gas ad alta pressione 3 può essere disposto nel suolo, la cui temperatura può fluttuare in funzione delle condizioni ambientali.

All'ingresso della rete di distribuzione di gas a bassa pressione 5, cioè a valle dell'espantore 11, deve essere mantenuta una pressione di uscita del gas sostanzialmente costante. Il sistema 1 è controllato cosicché la pressione di uscita Pomè mantenuta attorno ad un valore impostato di pressione Ps. Allo scopo di prevenire la condensazione di componenti di gas aventi un peso molecolare maggiore nella rete di distribuzione di gas a bassa pressione 5, cioè a valle dell'espantore 11, la temperatura del gas Tou, a valle dell'espantore 11 non deve scendere sotto una temperatura minima di uscita del gas. Il sistema 1 può essere controllato cosicché la temperatura di uscita del gas Toutviene mantenuta attorno ad un valore impostato Ts di temperatura o può essere mantenuta al di sopra di detto valore preimpostato. Calore fornito dalla pompa di calore transcritica 23 aumenta la temperatura del gas prima dell'espansione nell'espantore 11, cosicché la temperatura di uscita del gas Toutpuò essere mantenuta attorno al punto preimpostato di temperatura Ts o al di sopra di esso.

La temperatura preimpostata Ts può essere attorno a 0°-15°C, ad esempio, o a un qualunque valore di temperatura coerente con le normative applicate nel paese in cui è installato il sistema 1. Anche se una temperatura superiore rispetto alla temperatura minima consentita dalle normative potrebbe essere usata, in forme di realizzazione preferite il punto preimpostato di temperatura Ts è preferibilmente posto al valore minimo consentito, così da minimizzare la potenza termica richiesta per riscaldare il gas prima della sua espansione. Un anello di controllo della temperatura può essere previsto per mantenere la temperatura Tou, attorno al valore preimpostato di temperatura Ts.

In altre forme di realizzazione, l'anello di controllo della temperatura può essere omesso, e la temperatura all'ingresso dell’espantore 11 può essere selezionata cosicché la temperatura Toutsia sempre al di sopra di una temperatura preimpostata minima. Questo, tuttavia, non sarebbe ottimale dal punto di vista del risparmio energetico. Infatti, se le espantore opera a una portata ridotta di gas, cioè ad una portata inferiore al punto di progetto, viene prodotta una quantità ridotta di potenza elettrica, mentre verrebbe consumata una quantità eccessiva di energia termica per riscaldare il gas prima dell'espansione, cosicché il rapporto fra potenza elettrica prodotta tramite espansione e potenza elettrica consumata per preriscaldare il gas scenderebbe sotto l'ottimo.

Secondo alcune forme di realizzazione l'espantore 11 è progettato cosicché la portata massima di gas attraverso di esso sia inferiore rispetto alla massima richiesta di portata di gas attesa dalla rete di distribuzione di gas a bassa pressione 5. Un condotto ausiliario di alimentazione di gas può essere previsto per alimentare gas in eccesso rispetto alla portata di gas massima consentita attraverso l'espantore 11. Nella forma di realizzazione illustrata in Fig.I, il circuito comprendente il condotto 7, lo scambiatore di calore 9 e l'espantore 11 è disposto in parallelo ad un condotto di alimentazione di gas 37 che presenta un ingresso in accoppiamento di fluido con il condotto di trasporto di gas ad alta pressione 3 ed una uscita in accoppiamento di fluido con la rete di distribuzione di gas a bassa pressione 5.

Lungo il condotto di alimentazione di gas 37 possono essere previsti una disposizione di valvole di controllo della pressione 39 ed una disposizione di riscaldamento 4L La disposizione di riscaldamento 41 può essere disposta a valle della disposizione di valvole di controllo della pressione. In altre forme di realizzazione attualmente preferite, come mostrato nel disegno, la disposizione di riscaldamento 41 è posta a monte della disposizione di valvole di controllo della pressione 39 rispetto al verso (freccia GD) del flusso di gas attraverso il condotto di alimentazione di gas 37.

Come risulterà chiaro dalla descrizione che segue, in alcune condizioni operative la disposizione di valvole di controllo della pressione 39 può essere chiusa cosicché attraverso il condotto di alimentazione di gas 37 non fluirà gas e l'intero flusso di gas richiesto dalla rete di distribuzione di gas a bassa pressione 5 passerà attraverso il condotto 7. Questo accade specificamente quando la rete di distribuzione di gas a bassa pressione 5 richiede una portata di gas che è pari o inferiore alla portata massima di progetto dell'espantore IL Viceversa, se una portata di gas superiore viene richiesta dalla rete di distribuzione di gas a bassa pressione 5, gas fluirà anche attraverso il condotto di alimentazione di gas 37.

La disposizione di valvole di controllo di pressione 39 può comprendere una valvola di controllo della pressione oppure una pluralità di valvole di controllo della pressione 39.1, 39.2, .... 39.n disposte in parallelo, come schematicamente mostrato in Fig.l. Ciascuna valvola di controllo della pressione 39.1, 39.2 .... 39. n può essere selettivamente aperta o chiusa in funzione della richiesta di portata di gas.

La disposizione di riscaldamento 41 può comprendere un riscaldatore 43, un circuito di trasferimento di calore secondario 45 ed uno scambiatore di calore 47. Calore generato dal riscaldatore 43, ad esempio bruciando gas fornito dal condotto di trasporto di gas ad alta pressione 3, viene trasferito attraverso il circuito di trasferimento di calore secondario 45 al gas che fluisce nel condotto di alimentazione di gas 37, quando una o più delle valvole di controllo della pressione 39.1 - 39. n sono aperte.

Il sistema 1 descritto sin qui opera come segue. Se la richiesta dalla rete di distribuzione di gas a bassa pressione 5 è inferiore rispetto alla portata massima che può fluire attraverso l’espantore I I, il gas fluirà soltanto attraverso il condotto 7 e l'espantore 11, mentre le valvole di controllo della pressione 39.1 - 39.n sono chiuse. Il gas si espande nell'espantore 11 da una pressione di ingresso Pm(od una pressione leggermente inferiore, se vengono prese in considerazione le perdite lungo il condotto 7 e lo scambiatore di calore 9) alla pressione di uscita Poutche deve essere mantenuta attorno al valore preimpostato di pressione Ps. Il salto di pressione attraverso l'espantore 11 genera potenza meccanica, che viene convertita in potenza elettrica tramite il generatore elettrico 15 ed è disponibile sulla rete di distribuzione di potenza elettrica 17.

Il gas che esce dall'espantore 11 ha una temperatura di uscita Tout, che deve essere mantenuta attorno al valore preimpostato Ts. Per evitare che la temperatura del gas espanso scenda sotto la temperatura preimpostata Ts, calore Q fornito dalla pompa di calore transcritica 23 viene trasferito attraverso lo scambiatore di calore 9 al gas che fluisce nel condotto 7. Il calore Q scambiato nello scambiatore di calore 9 aumenta la temperatura del gas da un a temperatura di ingresso del gas TI sul lato di ingresso del gas dello scambiatore di calore 9, ad una temperatura di uscita del gas T2 su un lato di uscita del gas dello scambiatore di calore 9. Nella forma di realizzazione illustrata in Fig.l, lo scambiatore di calore 9 è uno scambiatore di calore in contro- flusso. Pertanto il fluido termo vettore entra nello scambiatore di calore 9 al lato di uscita del gas ad una temperatura di ingresso T3 ed esce dallo scambiatore di calore 9 sul lato di ingresso del gas ad una temperatura T4.

La Fig.2 illustra un diagramma calore- temperatura che mostra la temperatura dei due fluidi sull'asse verticale in funzione della portata di calore sull'asse orizzontale. La linea W rappresenta la temperatura del fluido termovettore, ad esempio acqua, e la linea G rappresenta la temperatura del gas. La linea C02 in Fig.3 rappresenta la temperatura del fluido di lavoro, ad esempio biossido di carbonio, nella pompa di calore transcritica 23. T5 e T6 sono la temperatura di ingresso e la temperatura di uscita, rispettivamente, del fluido di lavoro nello scambiatore di calore 29, dove calore Q2 (Fig.l) viene scambiato dal fluido di lavoro della pompa di calore transcritica 23 contro il fluido termovettore nel circuito di trasferimento di calore 19. La Fig.2 illustra il ciclo termodinamico del fluido di lavoro nel circuito di fluido di lavoro 25 della pompa di calore transcritica 23. Calore ad alta temperatura viene rilasciato dal fluido di lavoro lungo la curva isobara AB, lungo la quale la temperatura del fluido di lavoro cala dalla temperatura T5 alla temperatura T6. Calore viene trasferito al fluido termovettore che circola nel circuito di trasferimento di calore 19. Il fluido di lavoro in questa fase è in uno stato supercritico. Dopo il raffreddamento, il fluido di lavoro viene espanso nella valvola di espansione 31 (vedasi curva BC in Fig.2), raggiungendo una temperatura inferiore ed una pressione inferiore. Il fluido espanso viene riscaldato per scambio termico nello scambiatore di calore 27, evapora e può raggiungere uno stato su per critico (curva CDE in Fig.2). Infine il compressore 33 comprime il fluido di lavoro (vedasi curva EF in Fig.2) fino al raggiungimento della temperatura T5 richiesta.

Nel diagramma della Fig.2, la linea retta W rappresenta l'aumento di temperatura del fluido termo vettore che scambia calore contro il fluido di lavoro nello scambiatore di calore in contro-flusso 29.

La temperatura T2 è impostata cosicché dopo l'espansione la temperatura di gas Tou, all'ingresso della rete di distribuzione di gas a bassa temperatura 5 sia attorno al valore preimpostato di temperatura Ts, ad esempio 5°C. La quantità di calore Q che deve essere fornita dalla pompa di calore transcritica 23 al gas dipende dalla portata di gas e dalla temperatura iniziale TI del gas pressurizzato, che a sua volta dipende dalla temperatura di ingresso del gas Ti„. Per una determinata portata di gas attraverso il condotto 7 ed una determinata portata del fluido termovettore nel circuito di trasferimento di calore 19, la pompa di calore transcritica 23 fornisce la quantità richiesta di calore che assicura che la temperatura Tou, sia mantenuta attorno al valore preimpostato di temperatura Ts.

Nel diagramma della Fig.l i riferimento TI, T2, T3, T4, T5, T6, Toute Tmrappresentano le temperature dei fluidi nei rispettivi punti dei circuiti di fluido, e rappresentano anche schematicamente trasduttori di temperatura per misurare dette temperature, se richiesto. Analogamente Pme P0utindicano i rispettivi valori di pressione e possono indicare trasduttori di pressione per rilevare i valori di pressione.

Come noto, il coefficiente di prestazione (COP) della pompa di calore transcritica 23 è una funzione della temperatura media tra T5 e T6 e aumenta quando la temperatura media diminuisce. Di fatto, poiché il calore viene "pompato" da una sorgente di calore a bassa temperatura (ad esempio aria ambiente) a un pozzo di calore a temperatura più alta (lo scambiatore di calore 29), sfruttando potenza meccanica per effettuare la compressione lungo la curva DA del ciclo termodinamico, si può ben comprendere che minore è l'aumento di temperatura richiesto, minore è la quantità di potenza meccanica necessaria e quindi maggiore è il COP della pompa di calore transcritica 23.

La pompa di calore transcritica 23 ha un controllore interno 23 C della pompa di calore, che impone le condizioni nel circuito del fluido di lavoro 25, così da massimizzare il COP per una determinata temperatura T5. Sono stati sviluppati metodi e algoritmi dai produttori di pompe di calore per questo scopo e sono usualmente eseguiti dal controllore 23 C della pompa di calore.

Una variazione nella richiesta di gas dalla rete di distribuzione di gas a bassa pressione 5 provoca a sua volta una variazione della pressione di uscita. Più specificamente, se la richiesta di gas aumenta, la pressione POQttende a calare. Viceversa, se viene richiesto meno gas dalla rete di distribuzione di gas a bassa pressione 5, la pressione Pou, tende ad aumentare. Per controllare la pressione di uscita Poute mantenere detta pressione attorno al valore preimpostato di pressione Ps, viene previsto un controllore 51, che realizza un anello di controllo della pressione. Un trasduttore di pressione (schematicamente mostrato in Poutin Fig.l) può misurare il valore effettivo della pressione di uscita Pout. 11 valore della pressione di uscita misurato Poutviene comparato dal controllore 51 con il valore preimpostato di pressione Ps. L'anello di controllo della pressione calcola l'errore tra il valore misurato Poute il valore preimpostato di pressione Ps e genera un segnale di errore di pressione Ep. Il segnale di errore di pressione Ep può essere usato per agire sugli IGV variabili I 1A dell'espantore l i, ad esempio attraverso un idoneo attuatore che apre o chiude gli IGV variabili HA in funzione del segnale di errore Ep.

Se la pressione Pouttende a calare al di sotto del valore preimpostato di pressione Ps, il segnale di errore Ep provoca una apertura degli IGV variabili HA per aumentare la portata di gas attraverso l'espantore 11. Viceversa se la pressione Pouttende a salire al di sopra del punto preimpostato di pressione Ps, il segnale di errore di pressione Ep fa si che gli IGV variabili HA vengano parzialmente chiusi così ri ducendo la portata di gas.

Poiché la portata di gas attraverso lo scambiatore di calore 9 cambia, la temperatura T2 del gas all'ingresso dell'espantore e conseguentemente la temperatura di uscita del gas Toutcambiano anch'esse. La temperatura TOUtè ulteriormente influenzata daH'efficienza dell'espantore 11, che a sua volta dipende dalla portata di gas.

Un anello di controllo della temperatura viene realizzato dal controllore 51, per controllare la temperatura di uscita Toutdel gas, per controbilanciare fluttuazioni di essa provocate da una variazione della portata di gas attraverso l'espantore 11, cosicché la temperatura di uscita Toutdel gas venga mantenuta attorno al punto preimpostato di temperatura Ts. Il controllore 51 riceve informazioni sulla temperatura effettiva Tou, attraverso ad esempio un idoneo trasduttore di temperatura (rappresentata in Fig.l dal riferimento Tout) e genera un segnale di errore di temperatura Ep basato sulla temperatura Toutmisurata e la temperatura preimpostata del gas Ts. Il segnale di errore di temperatura Et è usato come parametro di ingresso del controllore 23C della pompa di calore transcritica 23.

Se la richiesta di gas aumenta, una portata di gas maggiore fluirà attraverso l'espantore 11, il che provocherà a sua volta un calo della temperatura Τοιπ· Il segnale di errore di temperatura Et richiede potenza addizionale dalla pompa di calore transcritica 23. Viceversa, se la domanda di gas cala, meno gas fluirà attraverso il condotto 7 e attraverso l'espantore Il e pertanto la temperatura Toutaumenterà. Il controllore 51 genererà in tal caso un segnale di errore di temperatura Et, che informerà la pompa di calore transcritica 23 che è richiesta meno potenza (meno calore). La pompa di calore transcritica 23 reagirà al segnale di errore di temperatura Et modificando il punto di funzionamento della pompa di calore transcritica 23. D metodo di controllo applicato dal controllore 23 C della pompa di calore transcritica 23 può essere uno qualsiasi dei metodi usati dai produttori di pompe di calore.

Si è scoperto che, quando la portata di gas nel condotto 7 cambia, se vengono usati soltanto i due anelli di controllo sin qui descritti, le temperature T5 e T6 del fluido di lavoro nella pompa di calore transcritica 23 e le temperature di ingresso di uscita TI - T4 all'ingresso e all'uscita dello scambiatore di calore 9 possono muoversi verso una nuova serie di valori, i quali non forniscono il massimo possibile COP per la condizione operativa data del sistema 1. Questo fenomeno può essere meglio compreso riferendosi alle Figg.3, 4 e 5.

Le Figg.4 e 5 mostrano le stesse curve C02, W e G, come già descritte con riferimento alla Fig.3, ma in una condizione di carico parziale, cioè quando la quantità di calore da fornire al gas che fluisce nel condotto 7 è attorno al 50% del calore richiesto nella condizione operativa mostrata nella Fig.3 (pieno carico). Ciò può essere dovuto ad esempio a un calo nella richiesta di gas dalla rete di distribuzione di gas a bassa pressione 5 e ad un conseguente riduzione della portata di gas attraverso l'espantore 11. In Fig.4 la portata del fluido termo vettore nel circuito di trasferimento termico 19 è identica alla portata della Fig.3. In Fig.5 è rappresentata una situazione in cui la stessa quantità di calore come in Fig.4 viene trasferita dalla pompa di calore transcritica 23 al gas del condotto 7 attraverso il circuito di trasferimento termico 19, ma usando una differente portata del fluido termovettore che circola in esso.

Riferendosi ora alla Fig.4, la temperatura del gas all'ingresso e all'uscita dello scambiatore di calore 9 sono indicate con TI<1>e T2', rispettivamente. Le temperature di ingresso e di uscita del fluido termovettore sono contrassegnate con T3’ e T4\ I numeri di riferimento T5' e T6' indicano le temperature del fluido di lavoro della pompa di calore transcritica 23 all'ingresso e all'uscita dello scambiatore di calore 29, rispettivamente. La condizione di funzionamento della pompa di calore transcritica 23 è controllata dal controllore 23C cosicché il COP della pompa di calore transcritica 23 è massimizzato nelle condizioni fissate dal controllore 51. Le temperature T5' e T6' e conseguentemente le temperature T3' e T4' sono determinate dal controllore 23 C e sono tali per cui la temperatura del gas T2' assicuri che la temperatura di uscita del gas Toutrimanga attorno al punto preimpostato di temperatura Ts.

L'angolo di inclinazione della linea G è proporzionale a

1

mg*cpg ;;in cui: ;mg è la portata in massa di gas ;cpg è la capacità termica specifica del gas. ;Analogamente, l'angolo di inclinazione della linea W è proporzionale a ;;1 ;mw*cpiv

in cui:

mw è la portata in massa del fluido termovettore

cpw è la capacità termica specifica del fluido termovettore.

Poiché il flusso in massa del gas attraverso lo scambiatore di calore 9 decresce dalla condizione rappresentata in Fig.3 alla condizione rappresentata in Fig.4, l'angolo di inclinazione della curva G aumenta da a in Fig.3 ad α' in Fig.4. La temperatura TI in Fig.4 rimane la stessa come in Fig.3, assumendo che la temperatura del gas nel condotto di trasporto del gas ad alta pressione 3 rimanga costante. Questa assunzione può essere fatta poiché le variazioni di temperatura di gas nel condotto 3 sono molto più lente rispetto alle variazioni della portata di gas attraverso l'espantore IL

L'angolo di inclinazione β della curva W rimane la stessa nelle Figg.3 e 4, poiché si è assunto che la portata del fluido termo vettore nel circuito di trasferimento termico 19 non cambi quando si passa dalla condizione della Fig.3 alla condizione della Fig.4.

La Fig.4 mostra che lo scambiatore di calore 9 è di fatto sovradimensionato, come dimostrato dalla differenza fra la temperatura del gas e la temperatura del fluido termovettore che diviene 0 ad un certo punto; cioè viene effettivamente sfruttata soltanto una parte della superfìcie totale dello scambiatore di calore.

La stessa quantità di calore (50% di Q) può essere trasferita dal fluido termovettore al gas che fluisce nel condotto 7 in una condizione operativa differente del circuito di trasferimento termico 19, cambiando la portata del fluido termovettore. La Fig.5 mostra una situazione in cui la stessa quantità di calore come in Fig.4 viene trasferita al gas che fluisce nel condotto 7 usando una portata inferiore del fluido termovettore nel circuito di trasferimento termico 19. La variazione nella portata del fluido termovettore corrisponde a una variazione dell'inclinazione β della curva W. Riducendo la portata del fluido termo vettore rispetto alla situazione delle Figg.3 e 4, l'inclinazione della curva W aumenta da β a β' in Fig.5.

Come può essere notato confrontando le Figg.4 e 5, quando la portata nel circuito di trasferimento termico 19 cambia, cambiano anche la temperatura di ingresso T3" e la temperatura di uscita T4" del fluido termovettore nonché le corrispondenti temperature T5" e T6" del fluido di lavoro nella pompa di calore transcritica 23, e vengono poste dal controllore 23C ad un valore che fornisce il massimo COP per la nuova condizione di funzionamento.

Si può comprendere confrontando le Figg.4 e 5 che la temperatura media

T5" T6”

2

è inferiore rispetto alla temperatura media

TS' T6'

2

Pertanto in conclusione, le condizioni di funzionamento delle Figg.4 e 5 soddisfano entrambe la richiesta dall'anello di controllo della temperatura e dall anello di controllo della pressione realizzati dal controllore 51, e entrambe corrispondono ad un punto operativo della pompa di calore transcritica 23 che massimizza il suo COP. Tuttavia, modificando la portata del fluido termovettore nel circuito di trasferimento termico 19, si raggiungono due differenti COP, l'uno corrispondente ad una minore portata del fluido termovettore essendo superiore, poiché la temperatura media del fluido di lavoro nel circuito del fluido di lavoro della pompa di calore transcritica 23 lungo la linea AB è minore.

L'anello di controllo della pressione e l'anello di controllo della temperatura nel controllore 51 provocano una variazione del punto di lavoro del sistema 1 allo scopo di mantenere la temperatura di uscita Toute la pressione di uscita Poutdel gas a valle dell'espantore 11 attorno ai punti preimpostati di temperatura Ts e di pressione Ps, rispettivamente. Più specificamente, l'anello di controllo della pressione modifica la portata di gas attraverso il condotto 7 e l'espantore 11. L'anello di controllo di temperatura provoca un aggiustamento della temperatura del gas T2 all'uscita dello scambiatore di calore 9. Per una determinata portata di fluido termo vettore nel circuito di trasferimento termico 19, la temperatura del gas T2 può essere raggiunta in una condizione operativa determinata in maniera univoca della pompa di calore transcritica 23, che fornisce il massimo COP, detta condizione operativa determinata in maniera univoca essendo fissata dal controllore 23C della pompa di calore transcritica 23.

La portata del fluido termovettore nel circuito di trasferimento termico 19 è una ulteriore variabile del sistema, che può essere utilizzata per ottimizzare ulteriormente il COP della pompa di calore transcritica 23.

Pertanto può essere utilizzato un ulteriore anello di controllo, il quale controlla la portata del fluido termovettore nel circuito di trasferimento termico 19, ad esempio modificando la velocità di rotazione della pompa 21. Questo ulteriore anello di controllo sarà qui di seguito indicato come anello di controllo della portata. L'anello di controllo della portata cambia la portata del fluido termo vettore nel circuito di trasferimento termico 19 per impostare la portata ad un valore ottimale, che corrisponde ad un massimo valore ottimale del COP della pompa di calore transcritica 23. Il circuito di controllo della portata può fornire un segnale di controllo della portata Ef (vedasi Fig.l) che è applicato alla pompa 21, per cambiare la portata del fluido termovettore fino a che siano raggiunte le condizioni ottimali di COP.

Si è scoperto che condizioni di funzionamento ottimali per una determinata portata di gas possono essere raggiunte quando le curve G e W sono parallele l'una all'altra, cioè se;

ATa = (T3-T2) = (T4-T1) = ATb

L'anello di controllo della portata può così utilizzare temperature del gas e temperature del fluido termovettore misurate all'ingresso e all'uscita dello scambiatore di calore 9 ed eseguire un algoritmo che, sulla base di una dei due differenziali di temperatura ATa, ATb e modificando iterativamente la portata del fluido termo vettore agendo sulla pompa 21, tenda ad equalizzare i due valori di temperatura differenziali. Ad esempio se

ATa = (T3 - T2) < (T4 - Tl) = ATb il segnale di controllo della portata Ef può ridurre la portata, e viceversa.

Il sopra descritto anello di controllo della portata è particolarmente efficace, poiché è basato su semplici misure di temperatura, che possono essere eseguite da sensori di temperatura, schematicamente mostrati in Fig.l in Tl, T2, T3 e T4, 11 metodo non richiede accesso a dati della pompa di calore transcritica 23 e non richiede calcoli termodinamici complessi. Inoltre esso non richiede conoscenza di informazioni sul funzionamento interno della pompa di calore transcritica 23, Tuttavia, in forme di realizzazione attualmente meno preferite, l'anello di controllo della portata può essere configurato anche in modo differente, ad esempio il COP della pompa di calore transcritica 23 può essere calcolato per un determinato set di parametri operativi. L'anello di controllo della portata può essere basato ad esempio su un algoritmo iterativo per turba-e- osserva e provocare variazioni a gradino della portata del fluido termo vettore nel circuito di trasferimento termico 19, Se la variazione della portata provoca una riduzione del COP, questo significa che è richiesta una variazione opposta e questa verrà applicata al successivo passo iterativo. Ad esempio, se un aumento della portata del fluido termo vettore provoca una riduzione del COP, il passo iterativo successivo provocherà una riduzione della portata, fino a che si raggiunge il COP massimo per un determinato punto di funzionamento dell'espantore II.

Viceversa, se la variazione di portata imposta da un passo iterativo del processo da luogo a un aumento del COP, il passo iterativo successivo imporrà una variazione della portata nello stesso verso.

Nella forma di realizzazione della Fig.l l'espantore li è dimensionato per supportare una portata di flusso di gas che è soltanto una frazione della massima portata, che può essere alimentata attraverso il sistema I. Questo tiene conto del fatto che il sistema REMI opera per la maggior parte del tempo in condizioni di carico parziale. Sarebbe pertanto non efficiente progettare l'espantore 11 e la pompa di calore transcritica 23 per supportare la massima portata di gas, che può essere richiesta dalla rete di distribuzione di gas a bassa pressione 5.

Quando la portata di gas richiesta dalla rete di distribuzione di gas a bassa temperatura 5 aumenta al di sopra della massima capacità di portata attraverso l'espantore 11, cioè quando l'anello di controllo della pressione ha aperto completamente gli IGV variabili HA dell'espantore I I, una portata di gas addizionale può essere fornita aprendo selettivamente le valvole 39.1 - 39. n della disposizione di valvole di controllo della pressione 39. La pressione del gas che fluisce attraverso le valvole di controllo della pressione 39.1 - 39.n cala per effetto Joule Thomson. Una o più delle valvole di controllo della pressione 39.1 - 39.n possono essere completamente aperte, in funzione della portata richiesta dalla rete di distribuzione di gas a bassa pressione 5. Una delle valvole di controllo della pressione 39.1 - 39.n è parzialmente aperta e usata per adattare dinamicamente la portata attraverso di esso per soddisfare la richiesta dalla rete di distribuzione di gas a bassa pressione 5, mantenendo la pressione di gas all'uscita al richiesto punto preimpostato di pressione Ps. Il riscaldatore 41 è usato per riscaldare il gas che fluisce attraverso la disposizione di valvole di controllo della pressione 39, in modo tale che la temperatura di uscita del gas Toutsia mantenuta al punto preimpostato di temperatura Ts. Il controllo della disposizione di valvole di controllo della pressione 39 e del riscaldatore 41 possono essere effettuati in maniera nota di per sé da un controllore separato rispetto al controllore 51.

Si deve notare che la temperatura Toutè effettivamente misurata a valle del punto in cui il gas che fluisce attraverso l'espantore II si miscela con il gas che fluisce attraverso la disposizione di valvole di controllo della pressione 39, come mostrato in Fig.l . Ciò che rileva e che deve essere controllato è infatti la temperatura del gas all'uscita del sistema 1, che dipende dalle portate attraverso i due percorsi di gas 7 e 37.

Mentre le forme di realizzazione descritte dell<1>oggetto qui illustrato sono state mostrate nei disegni e descritte integralmente in quanto sopra con particolari e dettagli in relazione a diverse forme di realizzazione esemplificative, gli esperti nell’arte comprenderanno che molte modifiche, cambiamenti e omissioni sono possibili senza uscire materialmente dagli insegnamenti innovativi, dai principi e dai concetti sopra esposti, e dai vantaggi dell’oggetto definito nelle rivendicazioni allegate.

Ad esempio il gas può essere riscaldato a valle dell'espantore 11 piuttosto che a monte di esso, disponendo lo scambiatore di calore 9 a valle dell'espantore 11 rispetto al verso F del flusso di gas. Lo stesso vale per quanto concerne la disposizione di riscaldamento 41 e la disposizione di valvole di controllo della pressione 39 lungo il percorso di alimentazione 37.

Pertanto Γ ambito effettivo delle innovazioni descritte deve essere determinato soltanto in base alla più ampia interpretazione delle rivendicazioni allegate, così da comprendere tutte le modifiche, i cambiamenti e le omissioni. Inoltre, Γ ordine o sequenza di qualunque fase di metodo o processo può essere variata o ridisposta secondo forme di realizzazione alternative.

Claims

"SISTEMA E METODO DI CONTROLLO PER CABINE REMI" Rivendicazioni 1. Un sistema per depressurizzare un gas in un condotto, comprendente: un espantore configurato e disposto per generare potenza meccanica espandendo gas da una prima pressione ad una seconda pressione, la prima pressione essendo superiore alla seconda pressione; una pompa di calore; un circuito di trasferimento termico contenente un fluido termovettore che circola in esso, per ricevere calore dalla pompa di calore ed alimentare calore al gas attraverso uno scambiatore di calore; un controllore, configurato e disposto per modulare una portata del fluido termovettore che circola nel circuito di trasferimento termico in funzione di una portata di calore da trasferire dal circuito di trasferimento termico al gas.
2. Il sistema della rivendicazione I, in cui lo scambiatore di calore è disposto a monte dell'espantore rispetto al verso del flusso di gas nel condotto.
3. Il sistema della rivendicazione 1, 2, in cui la pompa di calore è una pompa di calore transcritica.
4. Il sistema di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui il controllore è configurato e disposto per modulare la portata del fluido termo vettore in funzione di differenziali di temperatura fra il gas e il fluido termo vettore sul lato di ingresso del gas e sul lato di uscita del gas dello scambiatore di calore.
5. Il sistema di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui il controllore è collegato funzionalmente a sensori di temperatura, disposti e configurati per misurare temperature del gas all'ingresso e all'uscita dello scambiatore di calore e per misurare inoltre temperature del fluido termo vettore all'ingresso e all'uscita dello scambiatore di calore.
6. Il sistema di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui il controllore realizza un anello di controllo di portata configurato per modulare la portata del fluido termo vettore così da minimizzare una differenza fra un primo differenziale di temperatura fra il gas e il fluido termovettore all'ingresso del gas dello scambiatore di calore, e un secondo differenziale di temperatura fra il gas ed il fluido termovettore all'uscita del gas dello scambiatore di calore.
7. Il sistema di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui il controllore realizza un anello di controllo della temperatura disposto e configurato per minimizzare una differenza fra una temperatura del gas a valle dell'espantore ed un valore preimpostato di temperatura del gas, agendo sulla portata di calore dal fluido termovettore al gas.
8. Il sistema di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui il controllore realizza un anello di controllo della pressione, disposto e configurato per minimizzare una differenza fra una pressione di gas a valle dell'espantore ed un valore preimpostato di pressione del gas, agendo sulla portata di gas attraverso l'espantore.
9. Il sistema di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui l'espantore presenta vani di guida di ingresso variabili, ed in cui il controllore è configurato e disposto per regolare una portata di gas attraverso l'espantore agendo sui vani di guida di ingresso variabili.
10. Il sistema di una o più delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un condotto di alimentazione di gas disposto in parallelo all'espantore ed allo scambiatore di calore; in cui lungo il condotto di alimentazione di gas sono disposti una disposizione di valvole di controllo della pressione ed un riscaldatore, il riscaldatore essendo preferibilmente disposto a monte della disposizione di valvole di controllo della pressione rispetto al verso del flusso di gas nel condotto di alimentazione del gas; ed in cui la disposizione di valvole di controllo della pressione preferibilmente comprende una pluralità di valvole di controllo della pressione disposte in parallelo.
11. Un metodo per depressurizzare un gas in un condotto, comprendente le seguenti fasi: alimentare un gas attraverso uno scambiatore di calore ed un espantore; riscaldare il gas nello scambiatore di calore fornendo ad esso calore da una pompa di calore attraverso un fluido termovettore che circola in un circuito di trasferimento di calore ed in rapporto di scambio termico con il gas e con un fluido di lavoro elaborato dalla pompa di calore; espandere il gas da una prima pressione ad una seconda pressione nell’espantore e generare con ciò potenza meccanica; modulare la portata del fluido termo vettore nel circuito di trasferimento termico in funzione di una portata di calore da trasferire dal fluido termovettore al gas.
12. Il metodo della rivendicazione II, in cui la pompa di calore è una pompa di calore transcritica.
13. Il metodo della rivendicazione 11 o 12, in cui la fase di riscaldare il gas nello scambiatore di calore è effettuata prima della fase di espandere il gas nell'espantore, lo scambiatore di calore essendo disposto a monte dell’espantore rispetto al verso del flusso del gas.
14. Il metodo di una o più delle rivendicazioni 11 a 13, comprendente la fase di modulare la portata del fluido termovettore in funzione di differenziali di temperatura fra il gas ed il fluido termo vettore sul lato di ingresso del gas e sul lato di uscita del gas dello scambiatore di calore.
15. II metodo di una o più delle rivendicazioni 11 a 14, comprendente la fase di modulare la portata del fluido termovettore così da minimizzare una differenza tra una primo differenziale di temperatura fra il gas e il fluido termo vettore all'ingresso del gas dello scambiatore di calore, ed un secondo differenziale di temperatura fra il gas ed il fluido termo vettore all'uscita del gas dello scambiatore di calore.
16. Il metodo di una o più delle rivendicazioni 11 a 15, comprendente la fase di minimizzare una differenza tra una temperatura del gas a valle dell' espant ore ed un valore preimpostato di temperatura del gas, agendo sulla portata di calore dal fluido termovettore al gas.
17. Il metodo di una o più delle rivendicazioni 11 a 16, comprendente la fase di minimizzare una differenza fra una pressione di gas a monte deH'espantore ed un valore preimpostato di pressione del gas, agendo sulla portata di gas nel condotto.