MX2012000649A - Sistema y metodo para incrementar la eficiencia de un ciclo de kalina. - Google Patents

Abstract

Un sistema de control del Ciclo de Kalina monitorea uno o más parámetros del Ciclo de Kalina. El sistema calcula uno o más parámetros óptimos de operación que permiten al Ciclo de Kalina operar e incrementar la eficiencia. El sistema ajusta automáticamente uno o más parámetros actuales de operación a parámetros óptimos para incrementar la eficiencia del Ciclo de Kalina. Los métodos para incrementar la eficiencia del Ciclo de Kalina incluyen el ajuste automático de uno o más parámetros de operación a una configuración óptima.

Description

SISTEMA Y METODO PARA INCREMENTAR LA EFICIENCIA DE UN CICLO DE KALINA ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la invención La presente invención se refiere a sistemas, métodos y aparatos adaptados para aumentar la eficiencia de un ciclo termodinámico. Eri particular, la presente invención se refiere al seguimiento y al ajuste de varios parámetros del Ciclo de Kalina para aumentar la eficiencia global del ciclo.

Antecedentes del arte Algunos sistemas de conversión de energía convencionales permiten que el calor que se perdería de otra manera sea convertido en energía útil. Un ejemplo de un sistema de conversión de energía és uno que convierte la energía térmica de una fuente geotérmica de agua caliente o de una fuente de calor de basura industrial en electricidad. Tales sistemas termodinámicos pueden incluir los Ciclos de Kalina. Un Ciclo de Kalina es un ciclo termodinámico de "circuito cerrado" utilizado en la conversión de energía térmica a energía mecánica a través de una turbina. Como con los ciclos termodinámicos de "circuito cerrado" similares, la eficiencia del Ciclo de Kalina es al menos parcialmente dependiente de la temperatura de la fuente de calor y la fuente de enfriamiento. i Por lo general, las turbinas no pueden utilizar directamente la "fuente de calor" y "la fuente de enfriamiento", por lo tanto, se utiliza un medio, referido como "un fluido de trabajo", para ir entre la fuente de calor y la fuente de enfriamiento. Por ejemplo, el calor de los líquidos relativamente calientes en un respiradero geotérmico (por ejemplo, "salmuera") puede ser utilizado para calentar el fluido de trabajo, utilizando uno o más intercambiadores de calor. El fluido se calienta de un estado de fluido de baja temperatura y poca energía a un vapor de presión relativamente alta. El vapor de presión alta, o corriente de trabajo, se puede pasar entonces a través de una o más turbinas, haciendo que una o más turbinas giren y generen electricidad.

En el proceso de conducir la turbina, el vapor se expande y sale de la turbina a baja presión y temperatura. Después de salir de la turbina, el fluido se condensa en un líquido en un condensador utilizando una "fuente de enfriamiento". Una eficiencia más alta del ciclo (y por lo tanto más salida de energía) se puede realizar cuando la presión diferencial entre la entrada de la turbina y el escapé de la turbina se ha optimizado. Las presiones son dependientes de las temperaturas de "la fuente de calor" y "la fuente de enfriamiento".

Cuando las "fuentes de calor" y las "fuentes de enfriamiento" no pueden ser utilizadas directamente por una turbina, entonces la mejor opción (para maximizar la eficiencia) es tener un fluido de trabajo que puede duplicar las fuentes de calor y enfriamiento en la mayor medida posible. La mayoría de ciclos termodinámicos que no son ciclos Kaliha "de circuito cerrado" utilizan un fluido de trabajo que tiene un único (o puro) componente de fluido. Por ejemplo, muchos de las fuentes eléctricas actuales se generan por el Ciclo Rankie basado en plantas de energía. Estas plantas utilizan "agua" pura como el fluido de trabajo. Los fluidos de trabajos puros, parecidos al agua, suelen ser limitados en duplicar las fuentes de calor y enfriamiento. Esto es porque los líquidos puros hierven y se condensan a temperatura constante. Esta temperatura constante puede estar en conflicto directo con la naturaleza variable de la temperatura de la mayoría de las fuentes del "calor" y "enfriamiento". La diferencia de la temperatura constante contra la temperatura variable entre el fluido de trabajo y las fuentes de calor/enfriamiento es una diferencia estructural termodinámica que puede resultar en la pérdida de eficiencia en las plantas de energía en el Ciclo Rankie.

Las plantas del Ciclo de Kalina difieren de las plantas del Ciclo Rankie por lo menos una manera muy distintiva. El fluido de trabajo en las plantas del Ciclo de Kalina suelen ser una mezcla de amoniaco-agua. Las mezclas de amoniaco-agua tienen muchas características básicas a diferencia del agua pura o el amoniaco puro. Una mezcla de los dos fluidos se comporta como un fluido totalmente nuevo. La esencia del Ciclo de Kalina toma ventaja de la capacidad de una mezcla de amoniaco-agua para hervir y condensar a una temperatura variable- similar a las fuentes de calor y enfriamiento, y por lo tanto, mejore el duplicado de estas fuentes. Esto puede resultar en una mayor eficiencia del ciclo.

Normalmente cuando se implementa un Ciclo de Kalina, se determinan las temperaturas de las fuentes de calentamiento y enfriamiento. Basada en esta determinación, la concentración opcional de fluido de trabajo amoniaco-agua se calcula para permitir al fluido de trabajo de duplicar las fuentes de calentamiento y enfriamiento, y por lo tanto, maximizar la eficiencia del sistema.

Además de la concentración del fluido de trabajo amoniaco-agua, varios otros parámetros del Ciclo de Kalina puede influir en la eficiencia global del ciclo. Algunos parámetros incluyen la presión del fluido de trabajo, y la razón de flujo del fluido de trabajo en relación a la razón de flujo de la fuente de calor y enfriamiento. Por lo general, cada uno de estos parámetros se optimiza basado en una determinación inicial de las temperaturas de las fuentes de calor y enfriamiento y otros parámetros del sistema. Una vez que estos distintos parámetros están configurados, algunos, rara vez se ajustan.

Se apreciará, sin embargo, que las fuentes de calentamiento y enfriamiento puede sufrir cambios tanto en el tiempo más lentamente y en algunos casos con rapidez. Estos cambios en uno o más fuentes de calentamiento y enfriamiento pueden influir en la eficiencia del Ciclo de Kalina. Además, la reducción de la eficiencia debido a esta oscilación de temperaturas es especialmente pronunciada en aplicaciones donde la diferencia entre las temperaturas de las fuentes de calor y las temperaturas de la fuente de enfriamiento es baja, por ejemplo, aplicaciones de bajas temperaturas geotérmicas.

BREVE SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención resuelve uno o más de los anteriores, u otros, problemas en el arte de sistemas, aparatos y métodos configurados para monitorear y ajustar automáticamente los parámetros de operación de un Ciclo de Kalina para ayudar a mejorar la eficiencia. Por ejemplo, de acuerdo a una o más implementaciones de la presente invención, un sistema de control del Ciclo de Kalina puede incluir uno o más sensores que monitorean las fuentes de calentamiento y enfriamiento. El sistema de control puede entonces ajustar automáticamente uno o más de los parámetros de operación del Ciclo de Kalina en respuesta a cambios detectados en una o más fuentes de calentamiento o enfriamiento. En implementaciones adicionales s alternativas de la presente invención, un sistema de Control del Ciclo de Kalina puede monitorear uno o más parámetros de operación del Ciclo de Kalina, y puede ajustar automáticamente uno o más parámetros de operación para incrementar la eficiencia del Ciclo de Kalina.

Por ejemplo, un sistema de control para maximizar la eficiencia de un Ciclo de Kalina de uno o más implementaciones puede incluir un procesador del sistema de control. El sistema de control puede también incluir uno o más sensores adaptados para medir uno o más parámetros del Ciclo de Kalina, y transmitir los datos medidos al procesador del sistema de control. El sistema de control puede además incluir uno o más componentes del Ciclo de Kalina adaptados para ser controlados por el procesador del sistema de control para modificar uno o más parámetros adicionales del Ciclo de Kalina.

Adicionalmente, un método para aumentar la eficiencia de un Ciclo de Kalina de una o más implementaciones puede involucrar la recolección de datos y uno o más sensores indicativos de uno o más parámetros del Ciclo de Kalina en el que la eficiencia del Ciclo de Kalina depende. El método también puede involucrar la transmisión de datos a un procesador de sistema de control que utiliza uno o más mecanismos de transmisión. Además, el método puede incluir el cálculo de uno o más parámetros actuales basados en los datos que utilizan un procesador del sistema de control. Adicionalmente, el método puede incluir la determinación de uno o más parámetros óptimos que incrementarán la eficiencia del Ciclo de Kalina. El método puede incluir además el ajuste automático de uno o más parámetros actuales a los de uno o más parámetros óptimos.

En adición a lo anterior, un aparato para la implementación de un ciclo termodinámico de una o más implementaciones puede incluir un expansor adaptado para expandir una corriente eje trabajo de vapor de multi-componentes que transforma la energía en una forma utilizable y la producción de una corriente gastada. El aparato puede también incluir un separador adaptado para separar la corriente gastada en una corriente rica y una corriente magra. Además, el aparato puede incluir un tanque adaptado para recibir por lo menos una porción de la corriente magra del separador y mantener una cantidad de la corriente magra en el mismo. El aparato puede además incluir una válvula adaptada para influir en la razón de flujo del volumen de la corriente magra que sale del tanque. Además, el aparato puede incluir un mezclador adaptado para mezclar la corriente magra que sale del tanque con la corriente rica que produce una corriente combinada. El aparato también puede incluir un condensador adaptado para condensar la corriente combinada que produce una corriente de trabajo de multi-componentes. El aparato además puede incluir un segundo adaptador de intercambio de calor para calentar la corriente de trabajo de multi-componentes que produce la corriente de trabajo de vapor. Adicionalmente, el aparato puede incluir un sensor adaptado para medir una razón de concentración de una corriente de trabajo de multi-componentes. El aparato adicionalmente puede incluir un sistema de control adaptado para manipular automáticamente la válvula para cambiar de la razón de concentración de la corriente de trabajo de multi-componentes en respuesta al cambio en un parámetro del ciclo termodinámico.

Características y ventajas adicionales de ejemplos de personificación de la invención se expondrán en la descripción que sigue, o se pueden aprender por la práctica de tales personificaciones ejemplificadas. Las características y ventajas de tales realizaciones se pueden realizar y obtener por medio de los sistemas y métodos particularmente indicados en las reivindicaciones adjuntas. Estas y otras características serán más evidentes a partir de la siguiente descripción y reivindicaciones, o se pueden aprender por la práctica de tales implementaciones ejemplificadas como se establece en lo sucesivo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Con el fin de describir la manera en lo anteriormente recitado y otras ventajas y características de la invención se pueden obtener, será una descripción más concreta de la invención brevemente descrita anteriormente, prestados por referencia a sus realizaciones concretas que se ilustran en los dibujos adjuntos. Cabe señalar que las figuras no están dibujadas a escala, y que los elementos de estructura o función similar se representan generalmente por números de referencia para fines ilustrativos a lo largo de las figuras. Entendimiento que estos dibujos representan sólo las realizaciones típicas de la invención y por lo tanto no se considera que limiten el alcance, la invención se describe y explica con una especificidad y detalle mediante el uso de los dibujos adjuntos en los que: La Figura 1 muestra un diagrama esquemático del Ciclo de Kalina de un sistema de conversión de energía, que incluye un sistema de control de acuerdo con la implementación de la presente invención, La figura 2 muestra un gráfico ejemplificado de una relación entre la temperatura de la fuente de enfriamiento y la concentración de amoníaco para el ciclo de Kalina de la Figura 1 de acuerdo con la implementación de la presente invención; La Figura 3 muestra un diagrama esquemático del ciclo de Kalina de la Figura 1 en la que el sistema de control ha ajustado la concentración de la mezcla de fluidos de trabajo básica en respuesta a un aumento en la temperatura de la fuente de enfriamiento; La figura 4 muestra un diagrama esquemático del ciclo de Kalina de la Figura 1 en la que el sistema de control ha ajustado la concentración de la mezcla de fluidos de trabajo básica en respuesta a una disminución en la temperatura de la fuente de enfriamiento; La Figura 5 muestra un diagrama esquemático de otro sistema de conversión de energía del Ciclo de Kalina, que incluye un sistema de control de acuerdo con la implementación de la presente invención; y La figura 6 muestra un gráfico ejemplificado de una posible relación entre la concentración de amoníaco y la eficiencia de un Ciclo de Kalina a diferentes presiones de entrada de la turbina.

DESCRIPCION DETALLADA DE LAS PERSONIFICACIONES PREFERENTES La presente invención se extiende a los sistemas, aparatos y métodos configurados para controlar y ajustar automáticamente los parámetros de funcionamiento de un ciclo de Kalina para ayudar a mejorar la eficiencia. Por ejemplo, de acuerdo con una o más implementaciones de la presente invención, un sistema de control del ciclo de Kalina puede incluir uno o más sensores que monitorean la fuente de calor y la fuente de enfriamiento. El sistema de control se puede ajustar automáticamente uno o más de los parámetros de funcionamiento del ciclo de Kalina, en respuesta a los cambios detectados en una o más de la fuente de calor o enfriamiento. En las implementaciones adicionales o alternativas de la presente invención, un sistema de control del ciclo de Kalina puede controlar uno o más parámetros de funcionamiento del ciclo de Kalina, y puede ajustar automáticamente uno o más de los parámetros de funcionamiento para aumentar la eficiencia del Ciclo de Kalina.

Como cuestión inicial, las distintas implementaciones de la presente invención pueden ser implementadas con un sistema termodinámico de circuito cerrado que utiliza un fluido de trabajo multi-componentes, tales como un sistema de Ciclo de Kalina. Si bien se entiende que la invención pueda ser incorporada en una variedad de diferentes tipos de sistemas de ciclo termódinámico, se hará referencia en este documento específicamente a un sistema de Ciclo de Kalina. Los particulares Ciclos de Kalina ilustrados y descritos en este documento son sólo ejemplos de algunos de los Ciclos de Kalina diferentes con los que puede ser implementada la presente invención. Otros ejemplares de tecnologías del Ciclo de Kalina con el que puede ser implementada la presente invención se ilustra en la patente de US No. 7 516 619, 5 822 990, 5 953 918, 5 572 871 , 5 440 882 y 4 982 568, los contenidos de cada uno de los cuales se incorporan por referencia en su totalidad.

Como se menciona anteriormente, uno o más implementaciones de la presente invención pueden incluir un sistema de control, y métodos relacionados para monitorear la concentración del fluido de trabajo básico en un Ciclo de Kalina, la temperatura de la fuente de calor para el Ciclo de Kalina, y/o la temperatura de la fuente de enfriamiento del Ciclo de Kalina. Siempre que cambie la temperatura de la fuente de calor y/o la temperatura de la fuente de enfriamiento, el sistema de control puede ajusfar la concentración del fluido de trabajo básico del ciclo de Kalina en consecuencia para aumentar la eficiencia del ciclo de Kalina, y por lo tanto, aumentar la energía de salida de la planta de vivienda del ciclo de Kalina.

Se apreciará a la luz de la revelación que un sistema de control y métodos relacionados, puede ser particularmente útil con los ciclos Kalina, donde una o más de las temperaturas de la fuente de calor o fuente de enfriamiento son dinámicos. Tales ciclos de Kalina pueden incluir ciclos que utilizan energía de desecho de una planta de proceso, tal como, por ejemplo, una fábrica de acero o de fundición como una fuente de calor. La planta de proceso puede tener operaciones por lotes cuyo resultado es la temperatura de la fuente de calor que completan un ciclo cada hora, o incluso con mayor frecuencia.

Por el lado de la fuente de enfriamiento, muchas de las aplicaciones geotérmicas se encuentran en las regiones áridas y utilizan "aire ambiente" en los condensadores enfriados por aire. El cambio de temperatura del aire de día y la noche en estas zonas puede ser de hasta 40 ° F. Por lo tanto, en un periodo de 24 horas la temperatura del aire del ambiente puede cambiar de bajo, por ejemplo, 50 °F en la noche, a alta de 90 °F durante el día, y de vuelta a 50 ° F en la noche. Estas diferencias entre la oscilación de las temperaturas de enfriamiento altas y bajas puede ser aún mucho mayores durante los eventos de "frente frío" u olas de calor.

Con referencia ahora a las Figuras, la Figura 1 ilustra un esquema de un ciclo de Kalina 100 que incluye un sistema de control 130. El sistema de control 130 puede ajusfar la concentración del fluido de trabajo básico del Ciclo de Kalina 00 basado en un cambio en la temperatura de una o más de una fuente de calor 122 y una fuente de enfriamiento 124. En particular, el sistema de control 130 puede ajustar la concentración del fluido de trabajo básico para aumentar, u optimizar, la eficiencia del Ciclo de Kalina 00.

Como se ilustra en la Figura 1 , el Ciclo de Kalina 100 puede incluir un primer intercambiador de calor o condensador 104, una bomba de alimentación 106, un segundo intercambiador de calor 108, un tercer intercambiador de calor o evaporador 110, y una turbina 112. Adicionalmente, el Ciclo de Kalina 100 puede incluir un separador 114, un tanque de drenaje 1 6, una bomba de drenaje 118, y un tanque 120. Como se explica con mayor detalle a continuación, el Ciclo de Kalina 100 puede trabajar con una fuente de calentamiento externa 122 y una fuente de enfriamiento externa 124.

A partir de la salida del tanque 120, el fluido de trabajo (una mezcla de amoniaco-agua) tiene un cierto conjunto de parámetros en el punto 11, como se refiere en este documento como la mézcla básica o mezcla de fluido de trabajo básica. El fluido de trabajo es entonces bombeado a alta presión por una bomba 106 para crear un fluido de trabajo presurizado en el punto 12. El fluido de trabajo presurizado entonces pasa a través del segundo intercambiador de calor 108, donde es pre-calentado por la corriente que sale de la turbina 112 para crear un fluido de trabajo pre-calentado en el punto 14. El fluido de trabajo pre-calentado entonces pasa a través del ¡ntercambiador de calor 110, donde es calentado por la fuente de calor externa 122 para crear una corriente de trabajo parcialmente evaporada en el punto 16. La corriente de trabajo parcialmente evaporada entonces pasa a través de la turbina 112, y conduce la turbina 112 para generar energía mecánica que es convertida en energía eléctrica por un generador 126. Dentro de la turbina 112, la corriente de trabajo se expande, y sale de la turbina 112 como una corriente de trabajo de baja presión o por lo menos una corriente parcialmente gastada en el punto 18.

La corriente de trabajo de baja presión entonces pasa a través del lado secundario del segundo intercambiador de calor 108 para precalentar el fluido de trabajo presurizado, como se menciono anteriormente. Por precalentamiento la corriente de trabajo presurizada, la corriente de trabajo de baja presión se enfría para crear una corriente de trabajo parcialmente condensada, o una corriente gastada enfriada en el punto 20. La corriente de trabajo parcialmente condensada entonces entra al separador 114. El separador 114 divide la corriente de trabajo parcialmente condensada en una corriente magra (baja en contenido de amoníaco en relación con la mezcla básica) en el punto 22, y una corriente de vapor rica (con alto contenido de amoníaco en relación con la mezcla básica) en el punto 24. La corriente magra pasa al tanque de drenaje 116, y entonces es bombeado por una bomba de drenaje 118 a una presión superior para crear una corriente magra presurizada en el punto 26. La corriente magra presurizada es entonces dispersada o mezclada con la corriente de vapor rica ya que ambas entran al condensador 104 para crear una corriente combinada en el punto 28. La dispersión de la corriente magra en la corriente de vapor rica puede ayudar en la condensación de la corriente de vapor rica. La corriente combinada 28 se enfría dentro del condensador 104 a través de la fuente de enfriamiento externa 124 para crear la mezcla básica del punto 10. La mezcla básica entonces entra en el tanque 120. El proceso entonces se repite en un arreglo de circuito cerrado.

Como se menciona anteriormente, el sistema de control 130 puede monitorear los parámetros del fluido de trabajo en varios puntos en el Ciclo de Kalina 100. Adicionalmente, el sistema de control 130 puede también monitorear una o más temperaturas de la fuente de calor 122 y las temperaturas de la fuente de enfriamiento 124. Basado en los parámetros medidos del fluido de trabajo y las temperaturas de las fuentes de calentamiento y enfriamiento, el sistema de control puede optimizar o modificar de otro modo la concentración del fluido de trabajo para incrementar la eficiencia del Ciclo de Kalina 100. En otras palabras, el sistema de control 130 puede aumentar o disminuir la cantidad de amoniaco en la mezcla de fluido de trabajo básica para influir en la eficiencia del Ciclo de Kalina 100.

Con el fin de ayudar en este proceso, el sistema de control 30 puede incluir un primer sensor 128 que mide un parámetro de la fuente de enfriamiento 124. Un mecanismo de transmisión A pueden transmitir los datos registrados o medidos por el sensor 128 a un procesador de sistema de control o computadora del sistema de control 130. El mecanismo de transmisión A puede enviar datos al procesador del sistema del sistema de control 130 a través de una conexión serial de bus universal (USB), conexión serial, conexión paralela, conexión inalámbrica, conexión Bluetooth, y/o alguna otra conexión de comunicación.

En otra personificación, el sensor 128 puede ser un sensor de temperatura adaptado para medir la temperatura de la fuente de enfriamiento 124 y transmitir la temperatura de la fuente de enfriamiento 124 al procesador del sistema de control o computadora del sistema de control 130. En otra personificación, el sensor 128 puede ser adaptado para medir otras características o parámetros de la fuente de enfriamiento, tal como propiedades del flujo del fluido, como la velocidad de fluido por ejemplo. De acuerdo a algunas implementaciones de la presente invención, el procesador del sistema de control del sistema de control 130 se encuentra en el sitio con el Ciclo de Kalina 100. De acuerdo a implementaciones alternativas de la presente invención, el procesador del sistema de control del sistema de control 130 se localiza de forma remota en el sitio del Ciclo de Kalina 100.

Adicionalmente, el sistema de control 130 puede incluir un sensor 132 que mida la densidad (o concentración amoniaco-agua) del fluido de trabajo básico. Un mecanismo de transmisión B pueden transmitir los datos registrados o medidos por el sensor 132 a un procesador del sistema de control o computadora del sistema de control 130. El mecanismo de transmisión B puede enviar datos al procesador del sistema del sistema de control 130 a través de una conexión serial de bus universal (USB), conexión serial, conexión paralela, conexión inalámbrica, conexión Bluetooth, y/o cualquier otra conexión de comunicación.

El sistema de control 130 puede incluir un transmisor de nivel del tanque de drenaje 134 que mide el nivel de la corriente magra dentro del tanque de drenaje 1 16. Un mecanismo de transmisión puede transmitir los datos registrados o medidos por el sensor 132 a un procesador del sistema de control o computadora del sistema de control 130. El mecanismo de transmisión puede enviar datos al procesador del sistema del sistema de control 130 a través de una conexión serial de bus universal (USB), conexión serial, conexión paralela, conexión inalámbrica, conexión Bluetooth, y/o cualquier otra conexión de comunicación. Además, el sistema de control 130 puede incluir una válvula de control del nivel del tanque de drenaje 136, la cual permite al sistema de control 130 controlar la cantidad o nivel de la corriente magra dentro del tanque de drenaje 116.

Eh operación el sistema de control 130 puede calcular, o puede descargar, la relación entre la concentración óptima de la mezcla básica (porcentaje de amoniaco en la mezcla básica) y la temperatura de la fuente de enfriamiento. Un gráfico de esta relación para el ciclo de Kalina 100 que utiliza una fuente externa de calor 122 que tiene una temperatura de 310° F se ilustra en la Figura 2. La función matemática para la curva representada en la Figura 2 es: y = 0.00581x2 + 0.003506x +83.829755 donde x es igual a la temperatura de la fuente de enfriamiento 124 y y es igual a la concentración de amoniaco de la mezcla básica. Se apreciará a la luz de la presente descripción que la relación que se muestra en la Figura 2 es una relación ejemplificada para un Ciclo de Kalina particular, y que el sistema de control 130 puede utilizar una relación similar para el Ciclo de Kalina particular el cual se ha implementado.

Por lo tanto, en operación, el sistema de control puede medir la temperatura de la fuente de enfriamiento 124 utilizando un sensor 128. Basado en la temperatura medida, la cual de acuerdo a una o más implementaciones de la presente invención es una temperatura promedio durante un período determinado de tiempo (por ejemplo, 15 a 30 minutos), el procesador del sistema de control 130 puede calcular el amoníaco óptimo para la concentración de agua de la mezcla básica que producirá una máxima eficiencia para el Ciclo de Kalina 100. El sistema de control entonces mide la concentración actual de la mezcla básica utilizando el sensor 132. Posteriormente, el sistema de control 130 puede comparar el amoniaco óptimo para la concentración de agua con el amoniaco actual para la concentración de agua.

Si el amoniaco actual para la concentración de agua es más bajo que el amoniaco óptimo para la concentración de agua (es decir, es menos que el amoniaco actual en la mezcla básica después de la mezcla óptima), el sistema del control 130 puede aumentar la concentración de amoniaco en la mezcla básica. En particular, el sistema de control 130 puede determinar el nivel actual de la corriente magra en el tanque de drenaje 116 utilizando el transmisor de nivel del tanque de drenaje 134. El sistema de control 130 puede establecer automáticamente el nivel objetivo del tanque de drenaje a un "punto de referencia" "superior", y automáticamente ajusfar la válvula de control del nivel del tanque de drenaje 136 para mantener el nivel del nuevo punto de referencia. En este caso, el sistema de control 130 restringirá el flujo de la corriente magra presurizada a través de la válvula de control del nivel del tanque de drenaje 136 hasta que el nivel de la corriente magra en el tanque de drenaje 116 alcance el nivel del nuevo punto de referencia.

Al aumentar la cantidad de la corriente magra almacenada en el tanque de drenaje 116, el sistema de control 130 puede reducir la concentración de agua en el ciclo de fluido de trabajo a través del sistema 100 y así aumentar la concentración de amoniaco de la mezcla básica. De acuerdo a una o más implementaciones de la presente invención, a medida que más corriente magra se almacena dentro del tanque de drenaje 116, más de la mezcla básica almacenada dentro del tanque 120 se elimina y permite circular a través del Ciclo de Kalina 100 para mantener una cantidad consistente del fluido de trabajo.

Por ejemplo, la Figura 1 muestra el Ciclo de Kalina 100 en el cual el sistema de control ha ajustado u optimizado la concentración de la mezcla básica a 86.9% de amoniaco y 13.1% de agua a la luz de la temperatura de la fuente de enfriamiento de 70° F. En contraste, la Figura 3 muestra el Ciclo de Kalina 100 en el cual el sistema de control ha ajustado el nivel de la corriente magra en el tanque de drenaje 16 en respuesta a un incremento de temperatura de la fuente de enfriamiento 124 a 100° F. En particular, el sistema de control ha ajustado la concentración de la mezcla básica a 90.0 % de amoniaco y 10.0 % de agua. Como se muestra en una comparación de las Figuras 1 y 3, el Ciclo de Kalina 100 en la Figura 3 incluye una mayor cantidad de corriente magra almacenada en el tanque de drenaje 116 comparado con el Ciclo de Kalina de la Figura 1. A lo largo de estas líneas, el Cicló de Kalina 100 de la Figura 3 también tiene una cantidad más pequeña de la mezcla básica almacenada en el tanque 120, que el Ciclo de Kalina 100 de la Figura 1.

Se apreciará que mientras el sistema de control 130 ajusta la concentración de la mezcla básica, la concentración de equilibrio (la mezcla de amoniaco-agua que se produciría si todos los fluidos de amoníaco y agua dentro de las distintas partes del ciclo de Kalina 100 se mezclaron en un solo recipiente) puede permanecer constante. Esto es debido a que el Ciclo de Kalina 100 es un sistema cerrado. Por lo tanto, con el fin de permitir que el sistema de control 130 altere la concentración de la mezcla básica, el Ciclo de Kalina 100 de la presente invención puede incluir una cantidad aumentada del fluido de trabajo cuando se compara con un Ciclo de Kalina convencional. A lo largo de líneas similares, ambos, el tanque de drenaje 16 y el tanque 120 pueden incluir substancialmente una capacidad de almacenamiento incrementada para permitir al Ciclo de Kalina 100 almacenar fluido de trabajo adicional.

Como se apreciara a la luz de lo aquí divulgado, la concentración de la corriente magra y la corriente rica en otras partes del Ciclo de Kalina 100 puede ajustar automáticamente basado en la concentración de la mezcla básica. Por ejemplo, la concentración de ambos, la corriente magra y la corriente rica de vapor pueden ajustarse automáticamente basados en la concentración de la mezcla básica como se muestra en las Figuras 1 y 3. Por ejemplo, en algunas implementaciones de la presente invención, la corriente magra en el tanque de drenaje 116 de la Figura 1 puede tener una concentración de 51.0 % de amoniaco y 49.0 % de agua. Esta concentración puede ajustarse automáticamente cuando el sistema de control 130 cambia la concentración del fluido básico de trabajo. Por ejemplo, la corriente magra en el tanque de drenaje 116 de la Figura 3 puede ajustar automáticamente a una concentración de 56.5% de amoniaco y 43.33 % de agua.

A Ib largo de líneas similares, en una o más implementaciones, la corriente rica en el punto 24 de la Figura 1 puede tener una concentración de 99.6% de amoniaco y 0.4% de agua. Esta concentración puede ajustarse automáticamente cuando el sistema de control 130 cambia la concentración del fluido de trabajo básico. Por ejemplo, la corriente rica en el punto 24 de la Figura 3 puede ajustar automáticamente a una concentración de 99.7 % de amoniaco y 0.3% de agua.

De manera similar a los procesos para incrementar la concentración de amoniaco en la mezcla básica debido a un incremento en la temperatura de la fuente de enfriamiento 124, el sistema de control 130 puede también, o alternativamente, reducir la concentración de amoniaco debido a una disminución en la temperatura de la fuente de enfriamiento 124. En particular, el sistema de control 130 puede medir la temperatura de la fuente de enfriamiento 124 utilizando un sensor 128. Basado en la temperatura medida, el procesador del sistema de control 130 puede calcular el amoniaco óptimo para la concentración de agua de la mezcla básica que produce la máxima eficiencia para el Ciclo de Kalina 100. El sistema de control 130 entonces puede medir la concentración actual de la mezcla básica utilizando un sensor 132. Después de eso, el sistema de control 130 puede comparar el amoniaco óptimo para la concentración de agua con el amoniaco actual para la concentración de agua.

Si la concentración de amoniaco actual es mayor que el amoniaco óptimo para la concentración de agua (es decir, hay más amoníaco en la mezcla básica después de la mezcla óptima), el sistema de control 130 puede disminuir la concentración de amoniaco en la mezcla básica. En particular, el sistema de control 130 puede determinar el nivel actual de la corriente magra en el tanque de drenaje 116 utilizando el transmisor del nivel del tanque de drenaje 34. El sistema de control puede establecer automáticamente el nivel objetivo del tanque de drenaje a un puno de referencia "más bajo", y automáticamente ajusfar la válvula de control de nivel del tanque de drenaje 136 para mantener el nivel del nuevo punto de referencia. En este caso, el sistema de control 30 puede incrementar el flujo de la corriente magra presurizada a través de la válvula de control de nivel del tanque de drenaje 136 bajo el nivel de la corriente magra en el tanque de drenaje 116 alcance el nivel del nuevo punto de referencia.

Al disminuir la cantidad de la corriente magra almacenada en el tanque de drenaje 116, el sistema de control 130 puede aumentar la concentración de agua en el ciclo del fluido de trabajo a través del sistema 100, y así, disminuir la concentración de amoniaco de la mezcla básica. De acuerdo a una o más implementaciones de la presente invención, si menos de la corriente magra se almacena dentro del tanque de drenaje 116, más de la mezcla básica se almacena dentro del tanque 120 para mantener una cantidad consistente del fluido de trabajo circulando a través del Ciclo de Kalina 100.

Por ejemplo, la Figura 4 muestra el ciclo de Kalina 100 en el cual el sistema de control 130 ha ajustado el nivel de la corriente magra en el tanque de drenaje 1 16 en respuesta a una disminución en la temperatura de la fuente de enfriamiento de 124 a 40° F. En particular, el sistema de control 130 ha ajustado la concentración de la mezcla básica a 84.9% de amoniaco y 5.1% de agua. Como se muestra en una comparación de las Figuras 1 y 4, el Ciclo de Kalina 100 en la Figura 4 incluye una cantidad menor de la corriente magra almacenada en el tanque de drenaje 116 comparado al Ciclo de Kalina 00 de la Figura 1. A lo largo de estas líneas, el Ciclo de Kalina 100 de la Figura 4 también tiene una mayor cantidad de mezcla básica almacenada en el tanque 120, que el Ciclo de Kalina de la Figura 1. .

Como se menciona anteriormente, sobre el ajuste de la concentración de la mezcla básica, la concentración de la corriente magra y la corriente rica en otras partes del Ciclo de Kalina 100 puede ajustar automáticamente basado en la concentración de la mezcla básica. Por ejemplo, la concentración de ambas, la corriente magra y la corriente de vapor rica puede ajustar automáticamente basada en la concentración de la mezcla básica como se muestra en las Figuras 1 y 4. Por ejemplo, en algunas implementaciones de la presente invención, la corriente magra en el tanque de drenaje 116 de la Figura 1 puede tener una concentración de 51.0 % de amoniaco y 49.0% de agua. Esta concentración puede ajustar automáticamente con el sistema de control 130 cambios en la concentración del fluido de trabajo básico. Por ejemplo, la corriente magra en el tanque de drenaje 116 de la Figura 4 puede ajustar automáticamente a una concentración de 65.1% de amoniaco y 34.9% de agua.

A lo largo de líneas similares, en una o más ¡mplementaciones, la corriente rica en el punto 24 de la Figura 1 puede tener una concentración de 99.6% de amoniaco y 0.4% de agua. Esta concentración puede ajustar automáticamente con el sistema de control 130 cambios en la concentración del fluido de trabajo básico. Por ejemplo, la corriente rica en el punto 24 de la Figura 4 puede ajustar automáticamente a una concentración de 99.7% de amoniaco y 0.3% de agua.

Mientras el sistema de control 130 descrito aquí anteriormente mide la temperatura de la fuente de enfriamiento 124 y ajusta la concentración de la mezcla básica en respuesta, la presente invención no está limitada. Por ejemplo, en lugar de, o además de, la medición de la temperatura de la fuente de enfriamiento 124, el sistema de control 130 puede medir la temperatura del fluido de trabajo condensado que sale del condensador 124, u otros parámetros relacionados. Por otra parte, el sistema de control 130 puede incluir un transmisor del nivel del tanque 139 para monitorear la cantidad de mezcla básica almacenada en el tanque 120.

Adicionalmente, en lugar de, o en adición a, el ajuste de la concentración de la mezcla básica en respuesta a cambios en la temperatura de la fuente de enfriamiento 124, el sistema de control 130 puede ajustar la concentración de la mezcla básica en respuesta a los cambios de temperatura en la fuente de calentamiento 122. En tales implementaciones de la presente invención, el sistema dé control 130 puede incluir un sensor 138, tal como un sensor de temperatura que mide un parámetro de la fuente de calentamiento 122 tal como la temperatura, por ejemplo. Un mecanismo de transmisión D envía datos del sensor 138 al procesador del sistema del sistema de control 130 a través de una conexión serial de bus universal (USB), conexión serial, conexión paralela, conexión inalámbrica, conexión Bluetooth, y/o alguna otra conexión de comunicación. En personificaciones alternativas, el sensor 138 se puede adaptar para medir la razón de flujo y/o otras características o parámetros de la fuente de calentamiento 122 que pueden influir en el grado de transferencia de calor desde la fuente de calor 122 a la corriente de trabajo.

De manera similar, como se explicó anteriormente en relación con un cambio de la temperatura en la fuente de enfriamiento 124, basado en la medida de la temperatura de la fuente de calentamiento 122, el procesador del sistema del sistema de control 130 puede calcular el amoniaco óptimo para la concentración de agua de la mezcla básica que produce la máxima eficiencia para el Ciclo de Kalina 100. El sistema de control 130 entonces puede medir la concentración actual de la mezcla básica utilizando el sensor 132. Después de eso, el sistema de control 130 puede comparar el amoniaco óptimo para la concentración de agua con el amoniaco actual para la concentración de agua.

Si la concentración de amoniaco actual es mayor que el amoniaco óptimo para la concentración de agua (es decir, hay más amoníaco en la mezcla básica después de la mezcla óptima), el sistema de control 130 puede disminuir la concentración de amoniaco en la mezcla básica En particular, el sistema de control 130 puede determinar el nivel actual de la corriente magra en el tanque de drenaje 116 utilizando el transmisor del nivel del tanque de drenaje 134. El sistema de control puede entonces establecer automáticamente el nivel objetivo del tanque de drenaje a un "punto de referencia" "más bajo", y ajusfar automáticamente la válvula de control del nivel del tanque de drenaje 136 para mantener el nivel del nuevo "punto de referencia". En este caso, el sistema de control 130 puede incrementar el flujo de la corriente magra presurizada a través de la válvula de control del nivel del tanque de drenaje 136 hasta que el nivel de la corriente magra en el tanque de drenaje 16 alcance el nivel del nuevo "punto de referencia".

De manera similar, si el amoniaco actual para la concentración de agua es más baja que el amoniaco óptimo para la concentración de agua (es decir, hay menos amoniaco actual en la mezcla básica después de la mezcla óptima), el sistema de control 130 puede aumentar la concentración de amoniaco en la mezcla básica. En particular, el sistema de control 130 puede determinar el nivel actual de la corriente magra en el tanque de drenaje 16 utilizando el transmisor de nivel del tanque de drenaje 134. El sistema de control 130 puede establecer automáticamente el nivel objetivo del tanque de drenaje a un punto de referencia "superior", y ajusfar automáticamente la válvula de control del nivel del tanque de drenaje 136 para mantener el nivel del nuevo punto de referencia. En este caso, el sistema de control 130 restringirá el flujo de la corriente magra presurizada a través de la válvula de control del nivel del tanque de drenaje 136 hasta que el nivel de la corriente magra en el tanque de drenaje 116 alcance el nivel del nuevo punto de referencia.

Adicionalmente, el sistema de control 130 puede ser programado para "anticipar" los cambios de ciclo normal en las temperaturas de las fuentes de calentamiento y enfriamiento (o predecir los cambios de temperatura) con el fin de cambiar la concentración antes de los cambios reales (o actuales) de temperatura de la fuente de calor o enfriamiento. (Por ejemplo, para aplicaciones de condensar el aire frió, los ciclos de temperatura del aire durante un día determinado puede ser muy predecible, y por lo tanto un sesgo en los controles se puede implementar para el esperado "aumento" de temperatura de la mañana a la tarde, y la "disminución" de temperatura de la tarde y la noche).

También, dependiendo del tipo de Ciclo de Kalina y los diversos componentes incluidos aquí, el sistema de control 130 puede utilizar otros componentes o componentes adicionales para ajustar la concentración de la mezcla básica para incrementar u optimizar su eficiencia. Por ejemplo, la Figura 5 ilustra un diagrama esquemático de un Ciclo de Kalina 200. El Ciclo de Kalina 200 es similar al Ciclo de Kalina 100 ilustrado en las Figuras 1 , 3 y 4; sin embargo, este incluye un cuarto intercambiador de calor 502 y un separador 504.

A partir de la salida del condensador 04, el fluido de trabajo (una mezcla de amoniaco-agua) tiene un cierto conjunto de parámetros en el punto 10, se hace referencia en adelante como la mezcla básica. El fluido de trabajo es entonces bombeado a altas presiones a través de la bomba 106 para crear un fluido de trabajo presurizado en el punto 12. El fluido de trabajo presurizado entonces pasa a través del segundo intercambiador de calor 108, donde es precalentado para crear un fluido de trabajo precalentado en el punto 14.

El fluido de trabajo precalentado entonces pasa a través del cuarto intercambiador de calor 502 donde es además calentado y de manera opcional evaporado parcialmente para crear otro fluido de trabajo calentado en el punto 30.

El otro fluido de trabajo calentado pasa entonces a través del tercer intercambiador de calor 110, donde es calentado por una fuente de calor externa 122 para crear al menos un fluido de trabajo parcialmente evaporado en el punto 16. El al menos fluido de trabajo parcialmente evaporado entonces pasa a través de un separador 504. El separador 504 separa el al menos fluido de trabajo parcialmente evaporado en un componente rico de vapor en el punto 32, y un componente magro líquido saturado en el punto 34. El componente rico de vapor entra y conduce la turbina 112 para generar energía mecánica que se convierte en energía eléctrica por el generador 126. Dentro de la turbina 112, la corriente de trabajo se expande a una forma de corriente de trabajo de baja presión o corriente gastada en el punto 18.

El componente magro líquido saturado se enfría en el cuarto intercambiador de calor 502 (por calentamiento del fluido de trabajo precalentado) y crea un componente magro parcialmente enfriado en el punto 36. El componente magro parcialmente enfriado entonces se combina con la corriente de trabajo de baja presión o corriente gastada para crear una corriente gastada combinada en el punto 38, la cual entonces pasa a través del segundo ¡ntercambiador de calor 108 donde es enfriado por calentamiento del fluido de trabajo presurizado para crear una corriente de trabajo parcialmente condensado en el punto 20.

La corriente de trabajo parcialmente condensada entonces entra al separador 114. El separador 114 divide la corriente de trabajo parcialmente condensada en una corriente magra (baja en contenido de amoniaco en relación a la mezcla básica) en el punto 22, y una corriente de vapor rica (alta en contenido de amoniaco en relación con la mezcla básica) en el punto 24. La corriente magra pasa al tanque de drenaje 116, y es entonces bombeado por una bomba de drenaje 118 a una presión alta para crear una corriente magra presurizada en el punto 26. La corriente magra presurizada es entonces dispersada o mezclada con la corriente de vapor rica ya que ambos entran al condensador 104 para crear una corriente combinada en el punto 28. La dispersión de la corriente magra en la corriente de vapor rica puede ayudar en la condensación de la corriente de vapor rica. La corriente combinada 28 se enfría dentro del condensador 104 a través de unan fuente externa de enfriamiento 124. La corriente combinada fría se convierte en la mezcla básica sobre la que sale del condensador 104, que luego entra en el tanque 120. El proceso se repite en un arreglo de circuito cerrado.

Adicionalmente, como se muestra en la Figura 5, el sistema de control 130 puede incluir un primer transmisor de nivel del tanque separador 506 que mide el nivel del componente líquido magro saturado dentro del separador 504. Un mecanismo de transmisión F puede enviar datos desde el transmisor del nivel del tanque separador 506 al procesador del sistema del sistema de control 130 a través de una conexión serial de bus universal (USB), conexión serial, conexión paralela, conexión inalámbrica, conexión Bluetooth, y/o alguna otra conexión de comunicación. Además, el sistema de control 130 puede incluir una válvula de control del nivel del tanque separador 508, la cual permite al sistema de control 130 para controlar la cantidad del componente líquido saturado dentro del tanque del separador 504 a través de un mecanismo de control G. El mecanismo de control G puede comprender un mecanismo de comunicación similar a aquellos que se describieron anteriormente en relación a los mecanismos de transmisión A, C, D y E, y un actuador adaptado para abrir y cerrar la válvula 508.

Así, en la implementación del sistema de control 130 ilustrado en la Figura 5, el sistema de control 130 puede ajustar el nivel del componente líquido saturado dentro del separador 504 para ajustar la concentración de la mezcla básica en respuesta al cambio en la temperatura de la fuente de enfriamiento 124 y/o en la fuente de calentamiento 122. Se apreciará a la luz de la presente descripción que el sistema de control 130 puede ajustar el nivel del componente líquido magro saturado dentro del tanque del separador 504 en una manera similar a aquel que se describió anteriormente en relación al ajustar el nivel de la corriente magra dentro del tanque de drenaje 1 6. En particular, el sistema de control 130 puede establecer un objetivo de nivel y entonces ajustar la válvula de control del nivel del tanque separador 508 en consecuencia al nivel del fluido dentro del tanque del separador 504 aumenta o disminuye. Alternativamente, el sistema de control 130 puede ajustar ambos el nivel del componente líquido magro saturado dentro del separador 504 y el nivel de la corriente magra en el tanque de drenaje 116 para ajustar la concentración de la mezcla básica.

Se apreciará a la luz de la presente descripción, que el sistema de control 130 puede ajustar rápidamente la concentración de la mezcla básica. En realidad, en uno o más implementaciones de la presente invención, el sistema de control 130 puede ajustar la concentración de la mezcla básica diariamente, cada hora, o en respuesta a los cambios de temperatura de una o más de la fuente de calor 122 y la fuente de enfriamiento 124. En una o más implementaciones de la presente invención, el sistema de control 130 puede monitorear y ajustar la mezcla básica en respuesta al cambio de temperatura de una o más de la fuente de calor 122 y la fuente de enfriamiento 124 en tiempo real.

Mientras las implementaciones del sistema de control 130 descritas anteriormente monitorean y ajustan automáticamente la concentración de la mezcla básica para ayudar a asegurar el Ciclo de Kalina 100, 200 se está ejecutando para aumentar o maximizar la eficiencia, una o más implementaciones adicionales o alternativas de la presente invención incluyen los sistemas de control que ajustan uno o más parámetros adicionales del ciclo de Kalina para ayudar a asegurar una eficiencia incrementada o maximizada. Por ejemplo, la Figura 6 muestra un gráfico que ilustra una posible relación entre la concentración de amoniaco del fluido de trabajo y eficiencia de un Ciclo de Kalina basado en la presión del fluido de trabajo en la entrada de la turbina. Una o más implementaciones del sistema de control 130 de la presente invención pueden calcular o descargar una relación similar basada en parámetros particulares del Ciclo de Kalina el cual controla. Utilizando esta información, el sistema de control 130 puede monitorear la concentración de la mezcla básica y ajustar automáticamente la presión de la entrada de la turbina para ayudar a asegurar que el ciclo de Kalina corra e incremente o maximice la eficiencia.

Por ejemplo, refiriéndose de nuevo a la Figura 1, el sistema de control 130 puede monitorear la concentración de la mezcla básica utilizando el sensor 132. Además, de acuerdo a una o más implementaciones de la presente invención el sensor 132 puede también medir la temperatura y la razón de flujo de la mezcla básica. Sobre la base de la concentración medida de la mezcla básica, el procesador del sistema de control 130 puede calcular la presión de la entrada de la turbina que maximizara la eficiencia del Ciclo de Kalina 100 utilizando el gráfico ilustrado en la Figura 6 o datos similares. El sistema de control 130 puede entonces medir la presión actual de la turbina 12 utilizando el sensor de presión de la entrada de la turbina 140. Un mecanismo de transmisión E, puede enviar datos desde el sensor 140 al procesador del sistema del sistema de control 130 a través de una conexión serial de bus universal (USB), conexión serial, conexión paralela, conexión inalámbrica, conexión Bluetooth, y/o alguna otra conexión de comunicación. De acuerdo a algunas implementaciones de la presente invención, el sistema de control 130 puede medir la razón de flujo del fluido de trabajo en la entrada de la turbina 112 y entonces calcular la presión.

Si la presión actual de la entrada de la turbina es mayor (o más baja) que la presión óptima de la entrada de la turbina, el sistema de control 130 puede ajustar la presión actual de la entrada de la turbina. Por ejemplo, el sistema de control 130 puede ajustar la salida de la bomba 106, y por lo tanto, ajustar la presión de la entrada de la turbina. En todo caso, el sistema de control 130 puede monitorear y ajustar la presión de la entrada de la turbina para ayudar a asegurar que el Ciclo de Kalina está ejecutándose a la eficiencia máxima.

Se apreciará a la luz de la presente descripción que la concentración y la presión de la entrada de la turbina son solo dos parámetros ejemplificados que el sistema de control 130 de la presente invención puede monitorear y ajustar automáticamente para maximizar la eficiencia de un Ciclo de Kalina. En efecto, una o más de las implementaciones de la presente invención puede monitorear cualquier número de parámetros diferentes del ciclo en la que la eficiencia de un ciclo de Kalina dado se basa y ajusta automáticamente los parámetros para ayudar la eficiencia del Ciclo de Kalina.

Por ejemplo, el Ciclo de Kalina se ha descrito aquí como un ciclo cerrado; sin embargo, debido a que el sellado de las turbinas es imperfecto, cantidades pequeñas del vapor rico que se expande en la turbina puede escapar del Ciclo de Kalina. Las horas extraordinarias de esta pérdida de fluido de trabajo pueden tener efectos negativos en la operación de la eficiencia del Ciclo de Kalina a través de la reducción de la cantidad del fluido de trabajo que circula a través del ciclo de Kalina y a través del ajuste de la concentración del fluido de trabajo. Una o más implementaciones de la presente invención pueden monitorear la cantidad de fluido de trabajo que circula en el Ciclo de Kalina a través del uso del transmisor del nivel tanque de drenaje 134 y el transmisor del nivel del tanque 39. El sistema de control 30 puede entonces utilizar la válvula de control del nivel del tanque de drenaje 136 para permitir a más fluido de trabajo circular en el Ciclo de Kalina, de tal modo, explique cualquier pérdida a través de los sellos de turbina. Adicionalmente, el sistema de control 130 puede ajusfar la concentración de la mezcla básica como se describió anteriormente para compensar cualquier cambio debido al vapor rico que se escapa en los sellos de turbina.

Las implementaciones de la presente invención pueden también incluir métodos de implementación y aumentar la eficiencia de Un ciclo termodinámico. A continuación se describe al menos una implementación de un método para aumentar la eficiencia de un Ciclo de Kalina con referencia a los componentes y diagramas de las Figuras 1 a 6. Por supuesto, como materia preliminar, un experto en la materia reconoce que los métodos explicados en detalle en este documento pueden ser modificados. Por ejemplo, varios actos del método descrito se puede omitir o ampliar, y el orden de los diversos actos del método descrito se puede modificar como se desee.

Por lo tanto, de acuerdo a un método de la presente invención, el método puede incluir un acto de recolección de datos con uno o más sensores indicativos de uno o más parámetros del Ciclo de Kalina en el que la eficiencia del Ciclo de Kalina depende. Por ejemplo, el método puede incluir la medición de la temperatura de uno o más de una fuente de calor 122 y una fuente de enfriamiento 124 utilizando uno o más sensores de temperatura 128, 138. Adicionalmente, el método puede incluir la medición de la densidad de una mezcla de fluido de trabajo básica del Ciclo de Kalina utilizando un sensor de densidad 132. Además, el método puede incluir la medición de la presión de la entrada de la turbina de un fluido de trabajo del ciclo de Kalina utilizando un sensor de presión 140.

El método puede también incluir un acto de transmisión de datos a un procesador del sistema de control utilizando uno o más mecanismos de transmisión. Por lo tanto, el método puede incluir la transmisión de la temperatura de una o más de una fuente de calor 122 y una fuente de enfriamiento 124 a un procesador de un sistema de control 130 utilizando un mecanismo de transmisión A, D. Adicionalmente, o alternativamente, el método puede incluir la transmisión de la concentración de un fluido de trabajo a un procesador de un sistema de control 130 utilizando un mecanismo de transmisión B. Además, el método puede incluir la transmisión de la presión de la turbina de entrada de un fluido de trabajo a un procesador de un sistema de control 130 utilizando el mecanismo de transmisión E.

El método puede adicionalmente incluir un acto de cálculo de uno o más parámetros basados en los datos utilizando un procesador del sistema de control. Por ejemplo, el método puede calcular la concentración actual del fluido de trabajo, la cantidad actual del fluido dé trabajo dentro del Ciclo de Kalina, o la presión actual del fluido de trabajo en la entrada de la turbina.

Además, el método puede incluir un acto para determinar uno o más parámetros óptimos que aumentaran la eficiencia del ciclo de Kalina. Por lo tanto, el método puede involucrar el cálculo de la concentración óptima del fluido de trabajo basado en la temperatura actual de la fuente de enfriamiento y/o calentamiento. Adicionalmente, o de manera alternativa, el método puede incluir el cálculo de la concentración óptima del fluido de trabajo basado en la presión actual del fluido de trabajo en la turbina de entrada.

El método puede incluir también un acto de ajustar automáticamente uno o más parámetros actuales de uno o más parámetros óptimos. Por ejemplo, el método puede incluir el ajuste de la concentración de la mezcla del fluido de trabajo básica a través de la manipulación de la válvula de control del tanque de drenaje 136 o la válvula de control del nivel del tanque separador 508. Adicionalmente, o de manera alternativa, el método puede incluir el ajuste de la presión de la entrada de la turbina de un fluido de trabajo del Ciclo de Kalina a través de ajustar ía salida de la bomba 106.

La presente invención puede realizarse en otras formas específicas sin apartarse de su espíritu o características esenciales. Las realizaciones descritas deben ser consideradas en todos los aspectos sólo a título ilustrativo y no restrictivo. El alcance de la invención es, por tanto, indicado por las reivindicaciones adjuntas más que por la descripción anterior. Todos los cambios que vienen en el sentido y el alcance de la equivalencia de las reivindicaciones deben ser comprendidos dentro de su alcance.

Claims (20)

REIVINDICACIONES Lo que se reclama es:

1. Un sistema de control para incrementar la eficiencia de un Ciclo de Kalina, que comprende: -un procesador del sistema de control; -uno o más sensores adaptados para medir uno o más parámetros del Ciclo de Kalina y transmitir los datos medidos al procesador del sistema de control; -uno o más componentes del Ciclo de Kalina adaptados para ser controlados a través del procesador del sistema de control para modificar uno o más parámetros adicionales del Ciclo de Kalina.

2. El sistema de control como se reclama en la reivindicación 1 , caracterizado porque uno o más sensores comprenden un sensor de temperatura que mide la temperatura de una o más de una fuente de calor y una fuente de enfriamiento.

3. El sistema de control como se reclama en la reivindicación 2, caracterizado porque uno o más parámetros de un Ciclo de Kalina comprende uno o más de una temperatura de la fuente de calor y una temperatura de la fuente de enfriamiento, y uno o más parámetros adicionales comprende una concentración de un fluido de trabajo básico.

4. El sistema de control como se reclama en la reivindicación 3, caracterizado porque uno o más componentes del Ciclo de Kalina comprende una válvula de control del nivel del tanque de drenaje.

5. El sistema de control como se reclama en la reivindicación 1 , caracterizado porque uno o más del los sensores comprende un transmisor de nivel del tanque de drenaje.

6. El sistema de control como se reclama en la reivindicación 1 , caracterizado porque uno o más sensores comprenden un sensor de presión de la entrada de la turbina.

7. El sistema de control como se reclama en la reivindicación 6, caracterizado porque uno o más parámetros del Ciclo de Kalina comprende la presión de un fluido de trabajo en una entrada de la turbina, y uno o más parámetros adicionales comprende una concentración de una fluido de trabajo básico.

8. El sistema de control como se reclama en la reivindicación 1 , caracterizado porque uno o más sensores comprende un transmisor de nivel del tanque de drenaje y un transmisor de nivel del tanque.

9. El sistema de control como se reclama en la reivindicación 7, caracterizado porque uno o más parámetros del Ciclo de Kalina comprende una cantidad total de un fluido de trabajo en el Ciclo de Kalina, y uno o más parámetros adicionales comprenden una concentración de un fluido de trabajo básico.

10. Un método para incrementar la eficiencia de un Ciclo de Kalina, que comprende: -recolección de datos de uno o más sensores indicativos de uno o más parámetros del Ciclo de Kalina en el que la eficiencia del Ciclo de Kalina depende; -transmisión de datos al procesador del sistema de control utilizando uno o más mecanismos de transmisión; -cálculo de uno o más parámetros basados en los datos que utilizan un procesador del sistema de control; -determinación de uno o más parámetros adicionales que aumentaran la eficiencia del Ciclo de Kalina; y -ajustar automáticamente uno o más parámetros actuales de uno a los de uno o más parámetros óptimos.

11. El método como se reclama en la reivindicación 10, caracterizado porque la recolección de datos comprende la medición de la temperatura de uno o más parámetros de una fuente de calentamiento y una fuente de enfriamiento, y la medición de la densidad de una mezcla de fluido de trabajo básica del Ciclo de Kalina.

12. El método como se reclama en la reivindicación 10, caracterizado porque el ajuste automático comprende el ajuste de la concentración de la mezcla del fluido de trabajo básica a través de la manipulación de la válvula de control del nivel del tanque de drenaje.

13. El método como se reclama en la reivindicación 10, caracterizado porque el ajuste automático comprende el ajuste de la presión de la entrada de la turbina del fluido de trabajo del Ciclo de Kalina a través del ajuste de la salida de una bomba.

14. El método como se reclama en la reivindicación 10, caracterizado porque uno o más parámetros del Ciclo de Kalina comprende uno o más de una temperatura de la fuente de calor, una temperatura de la fuente de enfriamiento, una presión de un fluido de trabajo en una entrada de la turbina, y una concentración de una mezcla básica.

15. Un aparato para implementación de un ciclo termodinámico que comprende: -un expansor adaptado para expandir una corriente de trabajo de vapor multi-componente que transforma su energía en una forma usable y que produce una corriente gastada; -un separador adaptado para separar la corriente gastada en una corriente rica y una corriente magra; -un tanque adaptado para recibir al menos una porción de la corriente magra del separador y mantener una cantidad de la corriente magra en el mismo; -una válvula adaptada para influenciar la razón de flujo del volumen de la corriente magra que sale del tanque; -un mezclador adaptado para mezclar la corriente magra que sale del tanque con la corriente rica produciendo una corriente combinada; -un condensador adaptado para condensar la corriente combinada que produce una corriente de trabajo multi-componente; -un segundo intercambiador de calor adaptado para calentar la corriente de trabajo multi-componente que produce la corriente de trabajo de vapor; -un sensor adaptado para medir un cociente de concentración de la corriente de trabajo multi-componente; y -un sistema de control adaptado para manipular automáticamente la válvula para cambiar el cociente de concentración de la corriente de trabajo multi-componente en respuesta a un cambio en un parámetro del ciclo termodinámico.

16. El aparato como se reclama en la reivindicación 15, además comprende uno o más de un sensor de temperatura de la fuente de calor y un sensor de temperatura de la fuente de enfriamiento.

17. El aparato como se reclama en la reivindicación 15, además comprende un sensor de presión en la entrada de la turbina.

18. El aparato como se reclama en la reivindicación 15, además comprenden un segundo tanque adaptado para recibir la corriente de trabajo multi-componente del condensador y mantener una cantidad de la corriente de trabajo multi-componente en el mismo.

19. El aparato como se reclama en la reivindicación 15, además comprende un segundo separador adaptado para separar la corriente de trabajo multi-componente calentada en la corriente de trabajo de vapor y una corriente magra líquida saturada.

20. El aparato como se reclama en la reivindicación 19, además comprende una válvula de control del nivel del tanque adaptado para controlar la cantidad de la corriente líquida magra saturada dentro del segundo separador.