WO1995001507A1 - Central termodinamica de rendimiento unidad - Google Patents

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WO1995001507A1
WO1995001507A1 PCT/ES1994/000068 ES9400068W WO9501507A1 WO 1995001507 A1 WO1995001507 A1 WO 1995001507A1 ES 9400068 W ES9400068 W ES 9400068W WO 9501507 A1 WO9501507 A1 WO 9501507A1
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heat
evaporator
volatile
absorber
tank
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PCT/ES1994/000068
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Inventor
Joaquín SORIA JIMENEZ
Original Assignee
Soria Jimenez Joaquin
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/10—Alleged perpetua mobilia
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F03G7/10—Alleged perpetua mobilia
    • F03G7/129—Thermodynamic processes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/04—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using pressure differences or thermal differences occurring in nature

Definitions

  • the present invention relates to a new prototype of unit performance thermodynamic plant, that is to say from a single external thermal source, preferably natural and renewable, such as the sea, atmosphere, etc.
  • thermodynamic plants included in the prior art, always carry out a thermodynamic cycle between two sources, hot and cold, with lower performance than the unit, so that no current thermodynamic system is a true "Perpetual Mobile of Second Species", and good proof of this is that if it existed, even in Project, it would be immediately put into operation, given its incalculable value.
  • the invention object of this patent completely solves the global energy problem, since this plant has unit performance, in ideal installations, that is, it only needs a single source outside, such as the sea, rivers, lakes, atmosphere, etc., which are inexhaustible, achieving a "Perpetual Mobile of Second Species", of ideal characteristics:
  • the outside fountain is inexhaustible.
  • thermoelectric plants The excess heat of certain industries and thermoelectric plants can also be used.
  • thermodynamic plants propose to use mixtures of fluids of different vapor tension and eutectic mixtures, taking heat from a single external source, according to their inventors, and although the systems are very different from the invention object of this patent, both in designs and In procedures, some of them are presented below, as a reference, to facilitate the elaboration of the State of the Prior Art, namely:
  • thermodynamic method and a motor is supplied, to extract energy from the heat of the natural environment at room temperature and turn it into work mechanical, by liquefying the air, which exchanges heat with the outside, through appropriate exchangers, and transforms it into work in expanders.
  • This invention relates to a unit performance thermodynamic plant, which performs thermodynamic cycles, which, in ideal installations, convert the heat supplied by a single exterior source, preferably natural and renewable, such as the sea, atmosphere, etc. into useful energy. , or artificial, and that has application in power plants, distillers, thermo-refrigerators, land and sea propulsion, etc.
  • the plant, figure 1 consists of three zones or plants:
  • Distillation plant Energy plant It consists of coupling an absorption refrigeration machine with a thermal machine, so that the evaporation chamber and the absorption chamber of the first one contain, respectively, the condenser and evaporator of the second , in independent and hermetic circuits.
  • the refrigerating machine takes outside heat in its evaporator, and delivers it to its absorber at higher temperature, and, simultaneously, the thermal machine takes heat from the absorber, performs work, and returns the remaining heat to the refrigerating evaporator, thus resulting in a total recovery and therefore a global unit performance.
  • the liquid in the refrigeration cycle is a solution of liquids of different boiling temperatures and at different concentrations, depending on whether they are in their evaporator or absorber, and can be formed by liquids, or by liquids and solids dissolved in said liquids.
  • the thermal cycle liquid is a pure volatile, or a solution of one or more volatiles and one or more absorbents, which improve its thermodynamic performance, and at different concentrations, depending on whether it is in the evaporator or absorber.
  • the cycle liquid of the thermal machine may be any of low boiling point, or known coolant, since it goes in airtight circuit and independent, preferring the non-chlorinated, such as the modern SUVA-HFC-134a and other SUVA, whether pure or forming a solution with a suitable absorbent, which improves its thermodynamic performance.
  • the solutions formed by a body A, and another B, in which the vapor tension varies significantly, will vary, as the ratio of A / B concentrations varies.
  • Bodies A and B may be pure or mixtures or solutions with other bodies, in any physical state, among which, for example, non-limiting, water and ammonia, refrigerants and irascible oils, and in general solutions formed by one or more solvents and one or more solutes, etc.
  • This plant consists of the following elements: -An outside heat sensor consisting of an electric ba or extractor (1), which takes the fluid from the outside source (0), and through the pipe (2) drives it, and does circulate inside the evaporator (13) of the refrigeration circuit, to which it gives heat, becoming colder, through the return pipe (3), to the outside source or to the environment.
  • -An outside heat sensor consisting of an electric ba or extractor (1), which takes the fluid from the outside source (0), and through the pipe (2) drives it, and does circulate inside the evaporator (13) of the refrigeration circuit, to which it gives heat, becoming colder, through the return pipe (3), to the outside source or to the environment.
  • -A cylindrical tank (4) in the form of a bottle with a short neck and pumped bases, closed by the deflector cap (5). Its interior is divided, by the plate perforated (19), in two chambers, namely: the evaporator chamber (37) and the absorber (20).
  • the evaporator contains the evaporator (13), the condenser (63) and the heat exchanger (48), in addition to the return and return pipes of the volatile fluid of the refrigeration circuit.
  • the absorber contains the absorber (23), which is in turn the evaporator (64), the heat exchanger (49), the high pressure chamber (10), with its feeding tubes (11), and in its neck bottle, to the turbine (9), with the ducts (12), exhaust or return of steam to the condenser (63), of the thermal machine.
  • -A refrigerating evaporator consisting of a series of vertical and horizontal tubes and plates (17), of suitable material, whose inner surface circulates the tempered fluid, coming from the external source (0), driven by the group electric pump or extractor (1), giving heat to the volatile solution, which descends through its outer surface, generating steam in the chamber (37), passing this steam, through the perforated plate (19), to the absorber (23), which absorbs, generating heat, at a higher temperature, which transfers to its interior (64).
  • -A thermal machine powered by steam from the evaporator (64), which passes through suitable ducts (11) and high pressure chamber (10), to be operated by the turbine or electric turbogenerator (9), giving a job or energy useful, and finally, it passes through suitable conduits, (12) and (47), to its condenser (63), in the chamber (37), where it condenses, giving heat to its outer surface, bathed by volatile solution, coming from the regenerator (31), generating steam, together with that generated in the refrigerating evaporator (13), recovering the entire heat of rejection of the turbine, inside the chamber (37).
  • the turbine will have a specific design for these plants, consisting in that the shaft, drum and blades will be cast in a single piece of suitable material, preferably resistant plastic, while the guide ring, when it exists, will be cast in two identical pieces and diametrically opposed, for facilitate its assembly, which will preferably be carried out in the bottleneck of the tank (4), so that steam enters through the high pressure chamber (10) and exits to the condenser (63), through the ducts (12) and (47), closed to the outside by the deflector cap (5) and housing (44).
  • suitable material preferably resistant plastic
  • -An ionicomolecular regenerator consisting of a cylindrical and closed tank (31), of pumped bases, divided into several sealed chambers, by horizontal plates (34), subdivided, each of these chambers, into two layers of different concentration: one (30), rich in volatile, and the other (36), rich in absorbent, to which the volatile and absorbent solutions of the refrigeration cycle enter, coming from the bottom of the chamber (37), through the conduit (41), and from the bottom of the chamber (20), through the conduit (40), respectively.
  • the mission of the mass of steam of m kg is to give up its total heat of absorption to the layers (36), which use it to pass volatile liquid to the layers (30), obtaining as a final net result the passage of the liquid volatile of the refrigeration cycle, from (36) to (30).
  • this effect of the mass of m kg of steam can be replaced in whole or in part by a displacement effect, adding a body C, soluble in volatile solutions A and absorbent B, of the refrigeration circuit, when they are in the regenerator ( 31), so that a part B 'of body B is chemically or physically bonded.
  • a concentration effect of A on B since the ratio A / (B-B ') is greater than the primitive, that is: A / (B-B')> A / B
  • the layers (30) are enriched in volatile, as the free portion of B decreases, obtaining the same effect as with the mass of steam of m kg.
  • solutions A and B are of ammonia and water to different concentrations and that body C is sodium sulfate. This sulfate will be hydrated in the layers (30), since said layers have temperatures below 302C, and will dehydrate in the (36), because these layers have temperatures higher than 33ac, obtaining an effect of ammonia concentration in the layers (30 ) and a decrease in (36).
  • the solution rich in anhydrous sulfate passes through the tube (65) and pump (66) to the layers (30), where it is hydrated, releasing ammonia and drinking water, regenerating the solutions, so that the same effect is obtained as with the mass of m kg of steam.
  • An electric pump or extractor (1) takes a fluid from the outside source (0), at temperature To, and through a pipe (2) drives it to the evaporation chamber (37 ), of the tank (4), and circulates it inside the evaporator (13), of the refrigeration circuit, to which it gives heat, becoming colder, through the pipe (3), to the external source (0) or to the environment.
  • This heat transferred by the external source is transferred to the volatile, which descends through the outer surface of the evaporator (13), and which, together with the rejection heat of the turbine (9), which delivers it to the inside of its condenser (63 ), generate steam, in said chamber (37), at temperature TI ⁇ To, which vapor passes through the perforated plate (19) to the absorption chamber (20), absorbing, with heat release, on the absorbent solution, which bathes the outer surface of the absorber ( 23), whose interior is in turn the evaporator (64) of the thermal machine, at the temperature T2> T1, thus creating a hot source at the expense of the outer source (0), cooler.
  • the "Perpetual Mobile” is achieved by regenerating the volatile and absorbent solutions of the refrigeration absorption machine circuit, in the ionicomolecular regenerator, of new invention, which is an essential part of this patent, the method of which is set forth below, referred to a unit mass cycle, to simplify.
  • Figure 2 is a scheme of principle with a volatile layer (30) and an absorbent (36), separated by the permeable fabric (35), referred to the unit mass cycle considered.
  • a mass of steam of m kg passes through the tube (38), from the chamber (37) to the layer (36), under the same thermodynamic conditions that exits through the layer (30), into the chamber (20), whose step generates a volatile liquid stream in the direction (36) - (30), increasing the concentration by (30) and decreasing it by (36).
  • the heat of separation or passage Qd necessary to pass 1 kg of volatile liquid, from the layer (36) to the layer (30), is carried out at the cost of the temperature decrease of the layer (30), which delivers the equivalent heat Q1 + Q2.
  • This heat is returned to the mass of M kg, of the turbine rejection heat Qd-Ql plus the Ql of the absorber (23), which in total is Qd, with both layers (30) and (36) being in the same conditions initials, arranged for a new cycle, with which the internal energy variation of the system It is void, as it had to happen, according to the First Principle of Thermodynamics, whose demonstration is set out below:
  • Figure 3 is a thermodynamic scheme, referring to the cycle performed by the unit of mass.
  • the phases and number of cycles it comprises are the following:
  • the external source (0) delivers to the evaporator (13), of the chamber (37), the heat Qv, to generate 1 kg of steam, at the temperature TI, that is to say it delivers the heat Qv, ceded by the external fluid.
  • the turbine (9) can be coupled to an electric generator, by means of a closed housing (44), which wraps it, open only by the end adjacent to the turbine (9), so that the system is completely closed to the atmosphere, avoiding the volatile leak or air inlet.
  • the cooling is carried out by circulating a part of the cold steam from the turbine exhaust (9), which passes through the spaces (46) through the generator, cooling it, from one end to the other, finally passing through the tubes ( 47) and (12), to its condenser (63), in the chamber (37), condensing and yielding rejection heat to its exterior, evaporating volatile, together with the evaporator (13).
  • the cooling is carried out at a temperature below the ambient To, of the external source (0), since it is T4 ⁇ To, gaining heat, which is added to the losses of the electric generator by Joule effect, friction, etc., which are returned to the system, by the cooling steam of turbine output.
  • the plants fed by sea water, whose winter temperature To is higher than the atmospheric Ta there will be heat radiation to the atmosphere, so the performance will be lower than the unit, when this heat is lost, but it is compensated in summer, to be " then To ⁇ Ta.
  • the energy plant may have an air conditioning plant incorporated, for air conditioning of the plant, buildings or for refrigeration plants, as described below, referring to Figure 1:
  • the air from a cold store or a room (42), is cooled in the chamber (37), when heat is transferred to an exchanger-evaporator (48), whose outer surface the volatile solution of the refrigeration circuit of the power plant, coming from the layers (30), down the tube (21) and pump (22), which evaporates when this heat is taken down, cooling the air or fluid circulating inside it , obtaining industrial cold, in the case of cameras, or air conditioning for buildings, in the summer march.
  • an exchanger-evaporator 48
  • the outer surface the volatile solution of the refrigeration circuit of the power plant, coming from the layers (30), down the tube (21) and pump (22), which evaporates when this heat is taken down, cooling the air or fluid circulating inside it , obtaining industrial cold, in the case of cameras, or air conditioning for buildings, in the summer march.
  • the air of any room (42) is heated in the chamber (20), by means of an absorber (49), from whose outer surface the absorbent solution of the refrigeration circuit of the power plant descends, which absorbs steam from the chamber (37), generating heat, which gives it to the air or internal fluid of the absorber (49), heating it, obtaining air conditioning in the winter march.
  • an absorber (49) from whose outer surface the absorbent solution of the refrigeration circuit of the power plant descends, which absorbs steam from the chamber (37), generating heat, which gives it to the air or internal fluid of the absorber (49), heating it, obtaining air conditioning in the winter march.
  • the energy plant may incorporate a distillation plant, described below, referring to desalination of seawater, to simplify its exposure, although other solutions can obviously be distilled.
  • It consists of the coupling of cells (A), carriers of the absorption refrigeration circuit, with cells (D), of distillation, so that the evaporator (51), and absorber (50) of the refrigerators, are, respectively, by its outer surface, the condenser and evaporator of the distillers, and all of them contained in a closed, cylindrical and pumped base tank (62), in whose interior (43) reigns the barometric vacuum, corresponding to seawater vapor at the temperature of evaporation.
  • the fate of the cells can be reversed, so that the fridges are distillers and the distillers are the fridges, so that the tank (62) would work with an internal pressure higher than the atmospheric, and not in depression.
  • the volatile solution from the layers (30), of the regenerator (31), and through the duct (55), reaches the reservoir, through the duct (54), the absorbing solution, from the layers (36), which enter separately to the cells (A), descending on opposite walls (51) and (50), respectively, collecting at their bottom, also separately, from which they are forwarded back to the regenerator (31), through the conduit (56) and pump (57), and duct (58) and pump (59), for its regeneration and new cycles, whose operation is as follows:
  • the seawater is captured by an electropump group (52) and driven by the pipeline (53), to a vacuum chamber (43), where the evaporator and condenser cells are located, descending in a laminar form on the outside of the absorber ( 50), which gives it heat, so that the seawater evaporates, passing said steam to the outside of the condenser (51), condensing and already descending liquid over its outer surface, giving it heat, which generates steam from the volatile solution of the refrigeration circuit, which circulates inside the evaporator (51), which is absorbed by the absorbent solution, on the inner surface of the absorber (50), closing the cycle , so that the heat of vaporization of seawater, is taken in the absorber (50) and delivered in the evaporator (51), and, simultaneously, the heat of absorption of the refrigerant is given in (50) and taken in (51), resulting in a double-acting circuit, in which heat is taken and transferred simultaneously, with a minimum energy consumption, corresponding to desalination of
  • the regeneration of volatile (50) and absorbent (51) solutions is carried out in the regenerator (31) of the plant, or in an independent one, as appropriate in each case, taking into account its simplicity and economy.
  • the sea brine returns to the sea, through the barometric duct (60), while the distilled water exits through the barometric duct (61), to a regulating tank, from which it is sent to the distribution pipes.
  • This plant allows free desalination of seawater and simultaneous energy production, without the need for large seawater intakes, since vacuum evaporation is practically isothermal, by take heat from the absorber (50), so the distilled / saline ratio can be 1/2 or more.
  • the set requires a single external thermal source, and the current ones require two sources: hot and cold.
  • the performance is always the unit, in ideal circuits, and independent of the temperature, and that of the current ones is less than the unit and function of the extreme temperatures.
  • the external thermal source is normally the sea, rivers, atmosphere, etc., and the cycles are carried out in closed circuits, non-polluting, while the current classical systems are. -It does not alter the thermal equilibrium of the earth, since the heat absorbed from the external source is returned again by Joule effect or any other form of energy, while classic installations do alter it.
  • distillate is completely free, so it represents the ideal solution for water supply to all coastal cities and irrigation near the sea, and also to obtain distillates in the chemical industry.
  • thermo-refrigeration installations the extraction or supply of heat is free, silent and non-polluting, so it can be used in hospitals and all those buildings and units that require a low level of noise.
  • All the circuits of the central have automatic and manual control, so they have an automated unit for data processing, with the possibility to execute orders for the pump groups, valves, flow regulators, temperature, pressure, solution concentration, etc.
  • Figure 1 represents the diagram of a complete plant, according to a preferred embodiment, composed of:
  • -A regenerator of the fluids of the refrigeration cycle consisting of a tank (31) and several layers (30) and (36), rich in volatile and absorbent, respectively.
  • thermo-cooling plant with its heat exchangers (48) and (49).
  • Figure 2 represents the principle scheme of the regenerator of the refrigeration absorption cycle solutions, referred to two layers, to simplify its exposure.
  • FIGS 3 and 4 are schematic diagrams of a thermodynamic cycle, referring to the unit of mass.
  • Figures 5, 6 and 7 are sectional details of the evaporator (13), absorber (23) and distiller cells.
  • Figure la represents the diagram of a complete exchange, according to another preferred embodiment, whose variants with respect to that referred to in Figure i, are:
  • the regenerator (31) is divided into two deposits: the
  • the evaporator (13) and reheater (63) in the chamber (37) replace the evaporator (13) and condenser (63) of Figure 1.
  • Figure Ib is the complete scheme of another preferred embodiment, whose variants with respect to that of Figure 1, are:
  • the regenerator (31) is divided into two tanks: the
  • the system also has two heat pump circuits (Bl) and (B2), for heat transfer.
  • Figure 1 schematically represents the section of the assembly, corresponding to a complete plant, that is, power plant, conditioner and distiller.
  • the outside heat sensor will be composed of a vertical electric pump group (1), consisting of a propeller of plastic material, capable of raising seawater to a minimum height of 0.5 mca, which is sufficient, driven by electric motor .
  • the intake (2) and return (3) pipes will be made of plastic material, resistant to seawater and the mechanical actions to which they are subjected.
  • the cylindrical tank (4) will have the shape of a bottle with a short neck and pumped bases, and will be closed by the deflector cap (5). It will be constructed of resistant material, to the actions of cycle fluids, both mechanical and Chemicals, such as steel, PVC, polyester / glass, etc.
  • the evaporator (13), figure 1 and detail figure 5, installed in the chamber (37), is composed of two coaxial cylindrical tanks (14), of parallel bases and of low height, constructed of suitable material, having the superior of a double bottom (15), which encloses a camera (16).
  • the ends of the tubes (17), inside of the tanks (14) have holes (6), which allow the passage of fluid from the external source (0), which enters through the conduit (2) and returns through the conduit (3), driven by the electropump group (1), while the volatile enters through the pipe (21) and pump (22), coming from the layers (30) of the regenerator (31).
  • this absorber (23) To the outer surface of this absorber (23), comes, through the spaces (19), the steam coming from the chamber (37); by the tube (28) and pump (29), the absorbent solution, coming from the layers (36), of the regenerator (31), which enters through the chamber (26), descending from the outside (23), of the tubes (27), where it absorbs the vapors from the chamber (37), generating heat, which yields to the interior (64), which is the evaporator of the thermal machine.
  • thermal machine consisting of an electric pump group (33) and pipe (32), feeder of the volatile liquid cycle, which takes it from the condenser (63), built in a similar way and material to the evaporator (64), and sends it to the evaporator (64), where it evaporates at high pressure.
  • This steam passes through the ducts (11) to the chamber (10), and from it to the turbine or turbogenerator (9), obtaining a useful energy, leaving through the ducts (12), to the condenser (63), where this heat condenses and gives to the volatile that bathes its exterior, in the chamber (37), evaporating it next to that of the evaporator (13), for a new cycle, so that there is total recovery of the exhaust heat, that is to say the heat not transformed into work or useful energy .
  • a hermetic turbine-generator mechanical coupling is provided, intended for internal cooling of this and sealing of the assembly, consisting of a closed housing (44), of resistant material, which envelops the generator (9), opened only by the end adjacent to the turbine, in which it has a flange (45), for coupling, thus leaving the system completely closed to the atmosphere, so that it is not possible to leak fluid from the motor cycle, nor from the refrigerator.
  • the cooling is carried out by circulating a part of the cold steam from the turbine exhaust, which passes into the electric generator, running it from one end to the other, finally passing to the condenser (63), through the ducts (47) and ( 12).
  • the regenerator (31), figures 1 and 2 to regenerate the volatile and absorbent solutions of the Refrigeration cycle, coming from the absorption chamber (20) and evaporation (37), consists of a closed tank (31), of suitable material, such as treated steel, PVC, polyester-glass, etc., resistant to the actions of the solutions of the absorption refrigeration cycle, and which is divided into numerous watertight chambers, (in the plane only two are represented for reasons of clarity in the drawing), by means of horizontal plates (34), resistant to the actions of the cycle fluids .
  • Each chamber is divided by a permeable fabric (35), of suitable material, into two layers of different concentration: one (30), rich in volatile, and another (36), rich in absorbent.
  • the latter comes steam from the chamber (37), through the duct (38), where it is absorbed, generating heat, and, simultaneously, through the duct (39), the same amount of steam comes out and in the same thermodynamic conditions towards the chamber (20), from the layers (30), cooling them, creating a difference in temperatures and concentrations, which generates a liquid ionomolecular volatile current, from the layers (36) to the (30), accentuating the difference in concentrations between layers, or stratify the solutions by cooling and densities.
  • the pipe (40) enters the regenerator (31) from the chamber (20), and the pipe (41) from the chamber (37).
  • the conditioning plant will have an evaporator heater (48), whose outer surface drops volatile fluid from the circuit of the refrigerating machine, in the chamber (37), thus obtaining industrial cold, or air conditioning during the summer run, respectively.
  • heat of absorption can be used in the conditioning of a room, in winter, by adding an absorber (49), which takes heat from absorption in the chamber (20).
  • the internal fluid of these evaporators or absorbers can be any of those used in the thermo-cooling industry, or the air itself to be conditioned.
  • Distillation plant This plant, according to scheme figure 1 and detail figure 7, consists of the coupling of cells (A), carriers of the absorption refrigeration circuit, with distiller cells (D), constructed of heat-conductive material and resistant to cycle fluids and seawater, and arranged so that the evaporator (51) and the absorber (50) of the refrigerators are, respectively, by their outer surface, the condenser and evaporator of the distillers, and all of them will be contained in a closed, cylindrical tank, with its two pumped bases (62), inside which (43), the barometric vacuum reigns, corresponding to the vapor tension of seawater at the temperature that evaporation takes place.
  • the fate of the cells can be reversed, so that the refrigerators are the distillers and the distillers are the refrigerators, so that the tank (62), would thus work with internal pressure higher than the atmospheric one, and not in depression.
  • the volatile solution arrives at this tank through the duct (54), from the layers (30) of the regenerator (31), and through the duct (55), the absorbent solution, from the layers (36), which enter separately to the cells (A), descending on opposite walls (51) and (50), respectively, being collected in its bottom, also separately, from which they are sent back to the regenerator (31), through the ducts (56) and pump (57), and duct (58) and pump (59), for regeneration.
  • the bodies A and B are indicated on pages 5 and 6, and the A, B and C on pages 9, 10 and 23, where C can be pure or mixture of several bodies, that is, the main patent contemplates, obviously, that all mixtures can be used or possible solutions of various bodies, and in any physical or chemical state, such as A + B, A + C, B + C, A + B + C, AB, AC, BC and ABC and their combinations.
  • the outside source is sea water
  • the bodies involved in the cycle are water, ammonia and sodium sulfate, in suitable solutions, plus an immiscible liquid with these solutions, when necessary as a carrier of sodium sulfate, to facilitate its circulation and transfer.
  • -An absorber tank (36) containing the absorbent solution of bodies A, B and C, that is, ammonia, water and sodium sulfate, for example, which absorbs the vapors from the evaporator (13) and reheating evaporator (63) , which enter it through the duct (21).
  • This tank (36) is equivalent to and replaces the layers (36) of the regenerator (31) and the absorber (23) and Chamber (20) of the main patent.
  • This tank (30) is equivalent to and replaces the volatile layers (30), of the regenerator (31) of the main patent, and also the evaporator (64) of the thermal machine, also performing the function of water separator and ammonia, regenerating them and arranging them for new cycles.
  • the regenerator (31) of the main patent is divided into two independent tanks, namely: a) The tank (30), containing all the layers (30) of the regenerator (31) and the evaporator (64) of the machine thermal, in addition to the functions of separator of ammonia and water, regenerating them for new cycles. b) The tank (36), containing all the absorbent layers (36) of the regenerator (31) and the absorber
  • the operation of the power plant is as follows:
  • the fluid from the external source (0), at temperature To, is driven by the pump (1) and conduit (2) to the tank or chamber (37), where heat is transferred to the evaporator (13) and reheating evaporator (63), getting colder, through the duct (3), to the outside source or to the environment.
  • This heat transferred by the external source evaporates and reheats the evaporator volatile (13) and (63), which steam passes through the duct (21) to the absorber tank (or adsorber) (36), where its total heat of absorption yields or adsorption.
  • This heat is used to separate components B and C, that is, to dehydrate sulfate C, for example, releasing water B, which water absorbs in the steam of ammonia A, leaving a solution of the three bodies A, B and C , at a temperature higher than that of body C hydration, at low pressure, in the "absorbent" state.
  • This solution passes through the tube (65) and pump (66) to the tank (30), which is below the temperature of sulfate hydration, so that it is rehydrated, that is to say it joins again C with B, releasing ammonia A, at high pressure.
  • the ammonia-rich solution leaves the tank (30), through the tube (21) and valve (22), which evaporates in (13), and passes through the tube (21) to the tank (36), where It is absorbed or adsorbed, generating heat.
  • the bodies B and C such as BC hydrates, or A and C, such as AC solvates, and their solutions, as non-limiting examples, plus liquid X carrying C.
  • the description will follow the same order as in the main patent, referring to bodies B and C, to simplify, although it should be understood that it is extended to bodies A and C, and consists of three zones or plants, according to figure Ib: Energy or basic plant
  • figure Ib of the following elements: - A tank (37) traveled by the water of the absorption cycle (or adsorption), which evaporates when taking heat from the evaporator (13) and condenser (63) from the turbine exhaust ( 9).
  • the absorbent (or adsorbent) solution of bodies B and C that is, water and sodium sulfate, for example, which absorbs (or adsorbs) the vapors from the chamber or deposit (37), which enters the same through the duct (19), previously reheated by the exchanger (la).
  • This deposit (20) is equivalent to and replaces the absorber (23) and chamber (20) of the main patent.
  • -A separator tank (36) which has the mission of regenerating the volatile fluid of the absorption or adsorption circuit, in a liquid state, separating it from the body C, (dehydrating C), at the expense of the internal energy of the system, and replaces the deposit (31) of the main patent.
  • This tank (36) also has two condensers (Cl) and (C2), which provide the necessary heat for sulfate dehydration (for example), for its regeneration in anhydrous, which, partly precipitated at the bottom, it is carried by the pump (29), duct (28) and sprinklers (P), to the tank or chamber (20), for use as an adsorbent, in a new cycle. It also has a superheater (70) of the seawater return circuit, from the distiller plant, through the duct (3).
  • the regenerator (31) of the main patent is divided into two independent tanks, namely: a) The tank (36) or separator, where sodium sulphate is dehydrated, regenerating it anhydrous for new cycles. b) The tank (30) where the sulfate is rehydrated, which precipitates, regenerating the water for new cycles, yielding heat. 3)
  • the evaporator (13) is the same as the main patent, which gives heat to the water in the absorption or adsorption circuit of the tank (37), which now extends to the lower tank (36), to take the water from dehydration, coming from this tank, through the tank (30).
  • the operation of the power plant is as follows:
  • the fluid from the external source (0), at temperature To, is driven by the pump (1) and conduit (2) to the reservoir or chamber (37), where heat is transferred to the evaporator
  • This heat transferred by the external source in (13) is added to the heat of the condenser (63) of the turbine exhaust, evaporating water from the chamber (37), whose steam, previously reheated by the changer, passes through the duct (19 ) to the tank (20), where its total heat of absorption or adsorption yields to the solution or suspension of the anhydrous sulfate.
  • This heat passes to the evaporator (64) of the thermal machine, and to the evaporator (E2) of the heat pump circuit (B2), performing the following two functions: a) In the evaporator (64) a high pressure volatile evaporates which drives the turbine (9), generating the work w, passing through the exhaust pipe (12) and (47) to the condenser (63), where its heat yields, to return liquid through the duct (32) and pump (33), again to the evaporator (64), for a new cycle.
  • the solution or suspension of the hydrated sulfate passes from (20) to the tank (36), where it is reheated and dehydrated, by absorbing the heat ceded by the condensers (Cl) and (C2), precipitating anhydrous sulfate at the bottom of (36) , passing the solution to the tank (30), where it is hydrated, giving this heat to the evaporator (El), which transfers it through the heat pump circuit (Bl) to the tank (36), to dehydrate.
  • distillation plant figure Ib, consists of the following elements:
  • This conduit corresponds to the seawater intake (53) of the main patent.
  • a series of vertical condenser tubes (C) traveled internally by the cold sea return water, delivered by the duct (3), on which the water vapor condenses and is collected in vessels located at its bases. These tubes and vessels are equivalent to the condensing surfaces of the cells (D) and to the collecting vessels of the distillate in the main patent.
  • This conduit (71) is equivalent to (53) of the main patent, since they conduct the seawater, for evaporation in the vacuum chamber (43), which is inside the tank (62).
  • the operation is as follows:
  • FIG. 7b shows the detail of a series of cells and two stages, where we see that the capacitors (C) work against the current, to recover the heat of condensation and use it to reheat the return mass of seawater.
  • the simplifications and improvements introduced in the distillation plant are therefore the following:
  • the distillation is carried out countercurrently, using partly the heat of condensation of the distilled water to raise the salt return temperature, before entering the exchanger (70), saving useful heat.
  • the sea intake is unique, since the return of the power plant is used.
  • circuits and mechanisms of the plant have the corresponding automatic and manual control devices incorporated, connected to an automated unit for data processing, which will have the possibility of executing orders, for the different pump groups, valves, flow regulators, regulators of temperature, concentration of cycle solutions, pressure regulation, etc.
  • the present system comprises the realization of a Thermodynamic Power Plant, which in ideal installations, converts the heat supplied by any external source, preferably natural and renewable, into useful energy, by coupling an absorption refrigeration machine with a thermal machine, also having a regenerator of cycle fluids, being able to incorporate a conditioning or thermo-cooling plant and a distillation plant.
  • a Thermodynamic Power Plant which in ideal installations, converts the heat supplied by any external source, preferably natural and renewable, into useful energy, by coupling an absorption refrigeration machine with a thermal machine, also having a regenerator of cycle fluids, being able to incorporate a conditioning or thermo-cooling plant and a distillation plant.
  • the shape, dimensions and materials may be variable, and, in general, as an accessory, provided that it does not alter, change or modify the essentiality of the object described.

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Abstract

Consiste en realizar ciclos termodinámicos, para convertir integralmente en energía útil el calor de una fuente exterior, mediante acoplamiento de una máquina frigorífica de absorción con una máquina térmica, de circuitos independientes, ubicados en un depósito (4). La frigorífica toma calor de una fuente exterior (0), mediante su evaporador (13), evaporando un volátil, que absorbe el absorbedor (23), cuyo calor transfiere al evaporador (64), de la térmica, evaporando al volátil motor, que acciona a la turbina (9), condensándose, en su condensador (63), en la cámara (37), generando vapor, que se suma al generado por el evaporador (13), volviendo el líquido motor al evaporador (64), para nuevos ciclos. Un regenerador (31), toma las disoluciones del ciclo frigorífico, y las regenera, enviando la volátil a la cámara (37) y la absorbente al absorbedor (23). Comprende tres zonas ó plantas: Energética, Termofrigorífica y Destiladora. Lleva control automático y manual. Applicación: plantas energéticas, termofrigoríficas, destiladoras, propulsión terrestre y marítima, etc.

Description

CE TRAL TERMODINÁMICA DE RENDIMIENTO UNIDAD DESCRIPCIÓN
La presente invención se refiere a un nuevo prototipo de central termodinámica de rendimiento unidad, es decir de una sola fuente térmica exterior, preferentemente natural y renovable, como el mar,, atmósfera, etc.
Tiene aplicación en la industria de plantas energéticas, destiladoras, termofrigoríficas, propulsión terrestre y marítima, etc.
Indicación del Estado de la Técnica Anterior.
El Segundo Principio de Termodinámica, de acuerdo con Clausius, Kelvin, Planck y otros, niega la posibilidad del "Móvil Perpetuo de Segunda Especie", es decir un sistema capaz de tomar calor de una sola fuente y transformarlo íntegramente en energía útil, es decir de rendimiento unidad.
Basadas en el citado Principio, las centrales termodinámicas actuales, comprendidas en el Estado de la Técnica Anterior, realizan siempre un ciclo termodinámico entre dos fuentes, caliente y fría, con rendimiento menor que la unidad, por lo que ningún sistema termodinámico actual es un verdadero "Móvil Perpetuo de Segunda Especie", y buena prueba de ello es que si existiese, aún en Proyecto, sería puesto inmediatamente en explotación, dado su incalculable valor.
Las centrales actuales consumen mayormente combustibles fósiles, como carbón, petróleo y gas natural, cuyas reservas mundiales son limitadas y están a punto de agotarse, por lo que se están experimentando nuevos sistemas generadores de energía, predominando los que utilizan la solar, directa o indirecta, como fuente inagotable y libre de contaminación.
Entre las instalaciones realizadas para el aprovechamiento del calor de fuentes naturales renovables de baja entalpia, se encuentran las siguientes. Las que utilizan el gradiente térmico marino
Las que utilizan placas solares Las geotérmicas y otras varias
Todas ellas tienen rendimientos muy bajos y precisan dos fuentes térmicas exteriores: caliente y fría, por lo que son completamente distintas a la
Patente que se solicita, pudiéndose excluir en la elaboración del Estado de la Técnica Anterior.
La invención objeto de esta Patente, resuelve completamente el problema energético mundial, ya que esta central tiene rendimiento unidad, en instalaciones ideales, es decir solo precisa una sola fuente exterior, como el mar, ríos, lagos, atmósfera, etc., que son inagotables, consiguiéndose un "Móvil Perpetuo de Segunda Especie", de características ideales:
Es de rendimiento unidad. La fuente exterior es inagotable.
También puede utilizarse el calor sobrante de ciertas industrias y centrales termoeléctricas.
La elaboración del Estado de la Técnica Anterior, en relación con la Patente solicitada, se simplifica notablemente, pues solo deben considerarse las centrales que tengan las características técnicas indicadas anteriormente, es decir:
-"Centrales termodinámicas de rendimiento unidad, o sea de una sola fuente exterior, o Móvil Perpetuo de Segunda Especie"
Las primeras realizaciones prácticas de estos móviles continuos fueron de tipo recreativo o experimental, es decir se utilizaban para dar movimiento a ciertos objetos, cuyas patentes conocidas son:
-Patente US na 2.384.168, de Junio de 1944, titulada "UN DISPOSITIVO DE DIVERSIÓN ACTIVADO", consistente en el pájaro bebedor continuo, que vemos en establecimientos comerciales, basado en la evaporación de un líquido volátil, por el calor atmosférico.
-Patente US na 2.597.890, de 20 de Diciembre de 1949, titulada "UNIDAD DE PODER ROTATIVO OPERABLE CON ENERGÍA ATMOSFÉRICA", utilizada por la Armada de los EE.UU. , para mover algunos dispositivos mecánicos de escasa potencia. Algunas patentes de centrales termodinámicas proponen utilizar mezclas de fluidos de distinta tensión de vapor y mezclas eutécticas, tomando calor de una sola fuente exterior, según sus inventores, y aunque los sistemas son muy distintos a la invención objeto de esta patente, tanto en diseños como en procedimientos, se exponen a continuación algunas de ellas, como referencia, para facilitar la elaboración del Estado de la Técnica Anterior, a saber:
-Patente española NSOL-PO497610 y NPUB-8202421, titulada "UN SISTEMA PARA LA RECUPERACIÓN DE CALOR AMBIENTE DISPONIBLE Y SU CONVERSIÓN EN UNA FORMA ÚTIL DE ENERGÍA", consistente en un sistema para la utilización del calor latente de fusión del agua, en la regeneración de energía y purificación del agua. -Patente europea NSOE-E86308942 y NPUE-0267992, titulada "MOTOR ATMOSFÉRICO CONDENSADOR Y MÉTODO", en el cual se suministra un método termodinámico y un motor, para extraer la energía del calor del medio ambiente natural a la temperatura ambiente y convertirlo en trabajo mecánico, mediante licuación del aire, que intercambia calor con el exterior, mediante unos intercambiadores adecuados, y lo transforma en trabajo en unos expandidores. Explicación de la invención
Esta invención se refiere a una central termodinámica de rendimiento unidad, que realiza unos ciclos termodinámicos, que en instalaciones ideales, convierten íntegramente en energía útil el calor suministrado por una sola fuente exterior, preferentemente natural y renovable, como el mar, atmósfera, etc., o artificial, y que tiene aplicación en plantas energéticas, destiladoras, termofrigoríficas, propulsión terrestre y marítima, etc.
La central, figura 1, consta de tres zonas o plantas:
Planta energética o básica Planta acondicionadora o termofrigorífica Planta destiladora Planta energética Consiste en acoplar una máquina frigorífica de absorción con una máquina térmica, de manera que la cámara de evaporación y la de absorción de la primera contienen, respectivamente, al condensador y evaporador de la segunda, en circuitos independientes y herméticos. La máquina frigorífica toma calor exterior en su evaporador, y lo entrega a su absorbedor a mayor temperatura, y, simultáneamente, la máquina térmica toma calor del absorbedor, realiza trabajo, y devuelve el calor restante al evaporador frigorífico, resultando así una recuperación total y por lo tanto un rendimiento global unidad.
El líquido del ciclo frigorífico es una disolución de líquidos de distinta temperatura de ebullición y a distintas concentraciones, según se encuentren en su evaporador o absorbedor, y puede estar formada por líquidos, o bien por líquidos y sólidos disueltos en dichos líquidos. El líquido de ciclo de la térmica es un volátil puro, o una disolución de uno o varios volátiles y uno o varios absorbentes, que mejoren sus prestaciones termodinámicas, y a distintas concentraciones, según esté en el evaporador o absorbedor.
Para simplificar la exposición llamaremos "disolución volátil", o simplemente "volátil", a la disolución rica en el líquido más volátil, es decir de menor temperatura de ebullición, y disolución "absorbente", o simplemente "absorbente," a la disolución rica en el líquido o cuerpo absorbente o menos volátil, de mayor temperatura de ebullición.
El líquido de ciclo de la máquina térmica podrá ser cualquiera de bajo punto de ebullición, o refrigerante conocido, ya que va en circuito hermético e independiente, prefiriéndose los no clorados, como el moderno SUVA-HFC-134a y otros SUVA, ya sean puros o formando disolución con algún absorbente adecuado, que mejore sus prestaciones termodinámicas. Para la máquina frigorífica serán mas interesantes las disoluciones formadas por un cuerpo A, y otro B, en las cuales la tensión de vapor varíe notablemente, al variar la relación de concentraciones A/B. Los cuerpos A y B pueden ser puros o bien mezclas o disoluciones con otros cuerpos, en cualquier estado físico, entre las que pueden citarse, a título de ejemplo, no limitativo, el agua y el amoníaco, los refrigerantes y aceites irascibles, y en general las disoluciones formadas por uno o varios disolventes y uno o varios solutos, etc.
Esta planta consta de los siguientes elementos: -Un captador de calor exterior constituido por una electrobo ba o extractor (1) , que toma el fluido de la fuente exterior (0), y por la tubería (2) lo impulsa, y lo hace circular por el interior del evaporador (13) del circuito frigorífico, al cual cede calor, volviendo mas frío, por la tubería de retorno (3) , a la fuente exterior o al medio ambiente.
-Un depósito cilindrico (4) , en forma de botella de cuello corto y bases bombeadas, cerrado por el tapón deflector (5) . Su interior se divide, mediante la placa perforada (19) , en dos cámaras, a saber: la cámara evaporadora (37) y la absorbedora (20) . La evaporadora contiene el evaporador (13), el condensador (63) y el cambiador de calor (48) , además de las tuberías de ida y retorno del fluido volátil del circuito frigorífico. La absorbedora contiene el absorbedor (23) , que es a su vez el evaporador (64) , el cambiador de calor (49) , la cámara de alta presión (10) , con sus tubos de alimentación (11), y en su cuello de botella, a la turbina (9) , con los conductos (12) , de escape o retorno del vapor al condensador (63), de la máquina térmica.
-Un evaporador frigorífico (13) , que consta de una serie de tubos y placas verticales y horizontales (17) , de material adecuado, por cuya superficie interior circula el fluido templado, procedente de la fuente exterior (0) , impulsado por el grupo electrobomba o extractor (1) , cediendo calor a la disolución volátil, que desciende por su superficie exterior, generando vapor en la cámara (37) , pasando este vapor, por la placa perforada (19) , al absorbedor (23) , que lo absorbe, generando calor, a mayor temperatura, que transfiere a su interior (64) .
-Un absorbedor (23) , del circuito frigorífico, que es a su vez evaporador (64) de la máquina térmica, y consta de una serie de tubos y placas horizontales y verticales (27) , de material adecuado, por cuya superficie exterior desciende la disolución absorbente, procedente del regenerador (31) , que absorbe el vapor procedente de la cámara (37) , generando calor a mayor temperatura que cede al líquido volátil, que desciende por su superficie interior (64) , procedente del condensador (63) , evaporándolo a mayor temperatura y presión.
-Una máquina térmica, alimentada por el vapor procedente del evaporador (64) , que pasa por conductos adecuados (11) y cámara de alta presión (10) , a accionar a la turbina o turbogenerador eléctrico (9) , dando un trabajo o energía útil, y finalmente, pasa por conductos adecuados, (12) y (47) , hasta su condensador (63) , en la cámara (37) , donde se condensa, cediendo calor a su superficie exterior, bañada por disolución volátil, procedente del regenerador (31) , generando vapor, junto con el generado en el evaporador frigorífico (13) , recuperándose íntegramente el calor de rechazo de la turbina, dentro de la cámara (37) .
La turbina tendrá un diseño específico para estas centrales, consistente en que el eje, tambor y alabes serán fundidos en una sola pieza de material adecuado, preferentemente plástico resistente, mientras que el anillo de directrices, cuando exista, será fundido en dos piezas idénticas y diametralmente opuestas, para facilitar su montaje, que se realizará preferentemente en el cuello de botella del depósito (4) , de manera que el vapor le entra por la cámara de alta presión (10) y sale hacia el condensador (63) , por lo conductos (12) y (47) , cerrados al exterior por el tapón deflector (5) y carcasa (44) .
-Un regenerador iónicomolecular, que consiste en un depósito cilindrico y cerrado (31) , de bases bombeadas, dividido en varias cámaras estancas, por placas horizontales (34) , subdivididas, cada una de estas cámaras, en dos capas de distinta concentración: una (30) , rica en volátil, y la otra (36) , rica en absorbente, a las que entran las disoluciones volátil y absorbente del ciclo frigorífico, procedentes del fondo de la cámara (37) , por el conducto (41) , y del fondo de la cámara (20) , por el conducto (40) , respectivamente. A las capas absorbentes (36) llega además una masa de vapor de m kg, por el conducto (38) , desde la cámara (37) del circuito frigorífico, que se absorbe, generando calor, pasando líquido a las capas volátiles (30) , por la tela permeable (35) , que se enfrían, al cederlo evaporado a la cámara de absorción (20) , por el conducto (39) , originándose en el regenerador (31) una corriente de líquido volátil, desde las capas absorbentes (36) a las volátiles (30) , acentuándose la diferencia de concentraciones entre capas, que quedan en su estado inicial, dispuestas para nuevos ciclos.
La misión que tiene la masa de vapor de m kg es la de ceder su calor total de absorción a las capas (36) , que lo emplean en pasar volátil líquido hacia las capas (30) , obteniéndose como resultado final neto el paso del líquido volátil del ciclo frigorífico, desde las (36) a las (30) .
Opcionalmente este efecto de la masa de m kg de vapor puede sustituirse en todo o en parte por un efecto de desplazamiento, añadiendo un cuerpo C, soluble en las disoluciones volátil A y absorbente B, del circuito frigorífico, cuando se encuentran en el regenerador (31) , de manera que se una química o físicamente a una parte B' del cuerpo B. De esta forma solo queda libre del cuerpo B la porción 6-6', luego equivale a una efecto de concentración de A en B, puesto que la relación A/(B-B') es mayor que la primitiva, es decir: A/(B-B') > A/B
Por lo tanto las capas (30) se enriquecen en volátil, al disminuir la porción libre de B, obteniéndose el mismo efecto que con la masa de vapor de m kg. Para fijar ideas podemos suponer que las disoluciones A y B son de amoníaco y agua a distintas concentraciones y que el cuerpo C es el sulfato sódico. Este sulfato se hidratará en las capas (30) , por tener dichas capas temperaturas inferiores a 302C, y se deshidratará en las (36) , porque dichas capas tienen temperaturas superiores a 33ac, obteniéndose un efecto de concentración de amoníaco en las capas (30) y una disminución en las (36) .
La solución rica en sulfato anhidro pasa por el tubo (65) y bomba (66) a las capas (30) , donde se hidrata, liberando amoníaco y tomando agua, regenerando las disoluciones, por lo que se obtiene el mismo efecto que con la masa de m kg de vapor.
El ciclo completo de la planta energética es como sigue: Una electrobomba o extractor (1) , toma un fluido de la fuente exterior (0) , a temperatura To, y por una tubería (2) lo impulsa hasta la cámara de evaporación (37) , del depósito (4) , y lo hace circular por el interior del evaporador (13) , del circuito frigorífico, al cual cede calor, volviendo mas frío, por la tubería (3) , a la fuente exterior (0) o al medio ambiente. Este calor cedido por la fuente exterior es transferido al volátil, que desciende por la superficie exterior del evaporador (13) , y que, juntamente con el calor de rechazo de la turbina (9) , que lo entrega al interior de su condensador (63) , generan vapor, en dicha cámara (37) , a temperatura TI < To, el cual vapor pasa por la placa perforada (19) a la cámara de absorción (20) , absorbiéndose, con desprendimiento de calor, sobre la disolución absorbente, que baña la superficie exterior del absorbedor (23) , cuyo interior es a su vez el evaporador (64) de la máquina térmica, a la temperatura T2>T1, creando así una fuente caliente a costa de la fuente exterior (0), mas fría.
Parte de este calor es transferido al líquido volátil del interior del evaporador (64) de la térmica, que lo toma a la temperatura T3<T2, generando vapor, el cual acciona a la turbina o turbogenerador (9) , que realiza un ciclo motor, desde la temperatura T3 hasta la T4>T1, del evaporador (13) , de la máquina frigorífica, pasando el escape a su condensador (63) , ubicado en la cámara (37) , al cual devuelve íntegramente el calor no transformado en trabajo, generando vapor, juntamente con el generado en el evaporador (13) , por el calor entregado por la fuente exterior (0) , que se envían al absorbedor (23) de la frigorífica, que los absorbe a la temperatura T2>T1. Parte de cuyo calor lo transfiere al interior del evaporador (64) de la térmica, a la temperatura T3, cerrando el ciclo, por lo que hay recuperación total del calor no transformado en trabajo, y por lo tanto el calor entregado por la fuente exterior (0) a la máquina frigorífica, es igual al trabajo producido por la máquina térmica, luego el sistema tiene en conjunto "rendimiento unidad", porque el vapor de escape (12), de la térmica, se entrega a su condensador (63) , en la cámara (37) , cuyo calor lo transfiere a su superficie exterior, generando el vapor equivalente a ese calor, juntamente con el del evaporador (13) . Ambos vapores se absorben en la cámara (20) , sobre el absorbente, a una temperatura T2 superior a la T3, del evaporador (64) de la térmica, permitiendo a esta máquina realizar un ciclo motor, entre la temperatura T3 de su evaporador (64) y la T4 del escape, lo cual no ha sido realizado hasta ahora por ningún ciclo termodinámico, luego el sistema es un "Móvil Perpetuo de Segunda Especie" y no está comprendido en el "Estado de la Técnica Anterior", ya que hasta ahora se consideraba "imposible".
El "Móvil Perpetuo" se consigue mediante la regeneración de las disoluciones volátil y absorbente del circuito de la máquina frigorífica de absorción, en el regenerador iónicomolecular, de nueva invención, que es una parte esencial de esta patente, cuyo método se expone a continuación, referido a un ciclo de masa unidad, para simplificar.
La regeneración de las disoluciones se realiza utilizando una masa de vapor de m kg, por cada 1 Kg. de vapor de ciclo, tal que el calor total de absorción m(Qv+Qd) , al absorberse sobre las capas (36) , sea equivalente al necesario Qd(m+1), para la separación o paso de (m+1) kg de volátil líquido, desde estas capas (36) hasta las (30), es decir, que se cumpla: m(Qv+Qd) = Qd(m+1) De donde se tiene mQv = Qd
La figura 2 es un esquema de principio con una capa volátil (30) y una absorbente (36) , separadas por la tela permeable (35) , referido al ciclo de masa unidad considerado.
Una masa de vapor de m kg, pasa por el tubo (38) , desde la cámara (37) a la capa (36) , en iguales condiciones termodinámicas que sale por la capa (30) , hacia la cámara (20) , cuyo paso genera una corriente de volátil líquido en el sentido (36)—(30) , aumentando la concentración en (30) y disminuyéndola en (36) .
En efecto, la masa de m kg de vapor pasa por el regenerador tomando y cediendo igual cantidad de calor, como hemos dicho, luego según el Primer Principio la variación de energía interna es nula, es decir: ∑Q = o
Pero si la capa (36) ha cedido, a temperatura constante, 1 kg de volátil liquido puro deberá tomar el calor de separación o extracción de ese 1 kg, es decir: Qd La capa (30) , de masa M kg ha tomado este 1 kg de volátil puro y se ha enfriado, al evaporar la masa de m kg de vapor, luego la variación de energía es:
Por absorción de 1 kg Q'd Por enfriamiento de 1 kg....Ql
Por enfriamiento de M kg....Q2
Pero según el Primer Principio la variación de energía interna es nula, luego:
Qd - (Q'd+Ql+Q2) = 0 Qd = Q'd+Ql+Q2
Si suponemos, para simplificar, que en la capa (30) tiene la disolución volátil muy alta concentración, es decir es casi pura en el componente volátil, se puede tomar: Q'd = 0 Luego, finalmente:
Qd = Ql + Q2
Es decir que el calor de separación o paso Qd, necesario para pasar 1 kg de volátil líquido, desde la capa (36) hasta la capa (30) , se realiza a costa del descenso de temperatura de la capa (30) , que entrega el calor equivalente Q1+Q2. Este calor lo vuelve a tomar la masa de M kg, del calor de rechazo de turbina Qd-Ql mas el Ql del absorbedor (23) , que en total es Qd, quedando ambas capas (30) y (36) en las mismas condiciones iniciales, dispuestas para un nuevo ciclo, con lo cual la variación de energía interna del sistema es nula, como tenía que suceder, de acuerdo con el Primer Principio de Termodinámica, cuya demostración se expone a continuación:
La figura 3, es un esquema termodinámico, referido al ciclo efectuado por la unidad de masa. Las fases y número de ciclos que comprende son los siguientes:
La fuente exterior (0) , entrega al evaporador (13) , de la cámara (37) , el calor Qv, para generar 1 kg de vapor, a la temperatura TI, es decir entrega el calor Qv, cedido por el fluido exterior.
Este 1 kg de vapor se absorbe en la cámara (20) , sobre el absorbedor (23) , a la temperatura T2>T1, generándose el calor Qv, más el de absorción Qd, es decir, en total: Qv+Qd
El calor transferido al evaporador (64) de la turbina (9) , será Qv+Qd, menos el calor necesario para calentar el 1 kg de líquido de ciclo absorbido, desde la temperatura TI del evaporador (13) hasta la T2, de absorción en (23) , que lo hemos llamado Ql, para simplificar, que queda en la masa absorbente, luego el calor realmente transferido al evaporador (64) de la turbina (9) es:
Qv+Qd-Ql Este calor genera vapor para el ciclo motor, en el evaporador (64) , pasando a la turbina (9) , donde produce el trabajo w, enviando el resto, no transformado en trabajo, al condensador (63) , en la cámara (37) , por lo que el calor devuelto a esta cámara (37) , para ser utilizado en el ciclo siguiente será pues:*
(Qv-w) + (Qd-Ql)
En la figura 4, al evaporador (13), de la cámara (37) llega, para el ciclo siguiente, la masa (M+l) kg, de disolución volátil, procedente de las capas (30) , del regenerador (31) , que cedió el calor mQv = Qd, para evaporación de la masa de m kg de volátil, y además el calor Ql, cedido por el 1 kg de volátil líquido, transferido desde las capas (36) , luego el balance térmico de la masa (M+l) kg, referido a las condiciones iniciales, en su evaporadσr (13), será:
-Qd+Ql
Que sumado con el devuelto a la cámara (37) , resulta:
∑Q = (Qv-w)+(Qd-Ql)+(-Qd+Ql) = Qv-w Luego el calor de rechazo disponible en la cámara
(37) , para el segundo ciclo, es evidentemente, Qv-w.
Pero el calor necesario en la cámara (37) , para el segundo ciclo, es también Qv, luego la fuente exterior
(0) debe entregarle ahora el calor equivalente a w, para que sumado con el que queda de rechazo disponible
Qv-w, en la cámara (37) , nos dé Qv, cumpliéndose con el Primer Principio, es decir: ∑Q = Qv-w+w = Qv
Resumiendo el cálculo, referido a n ciclos, tenemos el siguiente cuadro: Calor entregado Calor extraído Calor de rechazo
Qv w w w
• • w w Qv-w Pero el calor total entregado debe ser igual al calor o trabajo extraído más el calor de rechazo, para cumplir con el Primer Principio, es decir: Qv+(n-l)w = nw + Qv-w
Este calor Qv-w queda retenido en la cámara (37) , al final del ciclo enésimo, disponible para los ciclos siguientes.
Si al parar la máquina devolvemos Qv-w a la fuente (0) , resulta que los calores realmente entregados y extraídos del sistemas serían: Entregados al sistema nw
Extraídos del sistema nw
Sumando algebraicamente se tiene: ΣQ = 0
Se cumple con el Primer Principio. El rendimiento medio para n ciclos, deducido del cuadro anterior, sin parar la máquina, es: σ = nw / (Qv+(n-l)w
Dando valores a n se tiene
Para n = 1 σ = w / Qv (Carnot)
Para n = ∞ σ = 1 (Móvil Perpetuo) Por lo tanto en este sistema solo el primer ciclo equivale al de Carnot o Rankine, pero los n-1 ciclos restantes son ciclos de recuperación total, y por lo tanto de rendimiento unidad, luego el sistema es un "Móvil Perpetuo de Segunda Especie", para un número grande de ciclos.
A la turbina (9) puede acoplársele un generador eléctrico, mediante una carcasa cerrada (44) , que lo envuelve, abierta solo por el extremo contiguo a la turbina (9) , con lo que el sistema queda completamente cerrado a la atmósfera, evitándose la fuga del volátil o entrada de aire. La refrigeración se efectúa mediante la circulación de una parte del vapor frío del escape de la turbina (9) , que por los espacios (46) pasa a través del generador, refrigerándolo, de uno a otro extremo, pasando finalmente, por los tubo (47) y (12) , a su condensador (63) , en la cámara (37) , condensándose y cediendo el calor de rechazo a su exterior, evaporando volátil, junto con el evaporador (13) . E n las centrales alimentadas por calor atmosférico, la refrigeración se realiza a temperatura inferior a la ambiente To, de la fuente exterior (0) , por ser T4<To, ganándose calor, que se suma a las pérdidas del generador eléctrico por efecto Joule, rozamientos, etc., que se devuelven al sistema, por el vapor refrigerante de salida de turbina. En las centrales alimentadas por agua de mar, cuya temperatura invernal To sea superior a la atmosférica Ta, habrá radiación de calor hacia la atmósfera, por lo que el rendimiento será inferior a la unidad, al perderse este calor, pero se compensa en verano, al ser " entonces To<Ta.
Por lo tanto el rendimiento teórico puede considerarse unidad, sin error apreciable, para ambas centrales, que las denominaremos CENTRALES IDEALES, por lo que podemos aceptar la definición común para ambas dada en el título del invento: "CENTRAL TERMODINÁMICA DE RENDIMIENTO UNIDAD".
Planta acondicionadora o termofrigorífica
La planta energética puede llevar incorporada una planta acondicionadora de aire, para acondicionamiento del aire de la central, edificios o para plantas frigoríficas, tal como se describe a continuación, referida a la figura 1:
El aire de una cámara frigorífica o un local (42) , se enfría en la cámara (37) , al ceder calor a un cambiador-evaporador (48) , por cuya superficie exterior desciende la disolución volátil del circuito frigorífico de la planta energética, procedente de las capas (30) , por el tubo (21) y bomba (22) , que se evapora al tomar este calor, enfriando el aire o fluido que circula por su interior, obteniéndose frío industrial, para el caso de cámaras, o aire acondicionado para edificios, en la marcha de verano. Así mismo el aire de un local cualquiera (42) , se calienta en la cámara (20) , mediante un absorbedor (49) , por cuya superficie exterior desciende la disolución absorbente del circuito frigorífico de la planta energética, que absorbe vapor procedente de la cámara (37) , generándose calor, que lo cede al aire o fluido interior del absorbedor (49) , calentándolo, obteniéndose aire acondicionado en la marcha de invierno.
Ambas instalaciones son evidentemente autónomas y silenciosas, no precisando suministro de energía motriz exterior. La economía e higiene de estas instalaciones es así mismo evidente, ya que no consumen energía eléctrica, motriz, ni combustible alguno, por lo que no alteran el medio ambiente.
Al estar sus refrigerantes en contenedores herméticos y funcionar en circuitos cerrados, no existe peligro de intoxicación, por escapes intersticiales o desajustes, y además pueden utilizarse refrigerantes casi inocuos, tanto para la vida como para la capa de ozono, como son los modernos SUVA-HFC-134a, y otros SUVA, no clorados.
Planta destiladora
La planta energética puede llevar incorporada una planta destiladora, que se describe a continuación, referida a la desalación de agua de mar, para simplificar su exposición, aunque evidentemente pueden destilarse otras disoluciones.
En la figura 1, se representa de forma esquemática esta planta destiladora, acoplada a la energética, con el ancho de las celdas y sus interdistancias muy aumentadas, en relación con su altura, por razones de claridad en el dibujo, ya que la relación verdadera de estas relaciones puede ser de 100 ó mas, para disminuir el volumen de la destiladora.
Consiste en el acoplamiento de unas celdas (A) , portadoras del circuito frigorífico de absorción, con unas celdas (D) , de destilación, de manera que el evaporador (51) , y absorbedor (50) de las frigoríficas, son, respectivamente, por su superficie exterior, el condensador y evaporador de las destiladoras, y todas ellas contenidas en un depósito cerrado, cilindrico y de bases bombeadas (62) , en cuyo interior (43) reina el vacío barométrico, correspondiente al vapor de agua de mar a la temperatura que se realice la evaporación. Opcional ente se puede invertir el destino de las celdas, de forma que las frigoríficas sean destiladoras y las destiladoras sean las frigoríficas, con lo cual el depósito (62) , trabajaría así con presión interior superior a la atmosférica, y no en depresión. A este depósito llega, por el conducto (54) , la disolución volátil, desde las capas (30), del regenerador (31) , y por el conducto (55) , la disolución absorbente, desde las capas (36) , que entran separadamente a las celdas (A) , descendiendo por paredes opuestas (51) y (50) , respectivamente, recogiéndose en su fondo, también separadamente, desde el cual se reenvían de nuevo al regenerador (31) , por el conducto (56) y bomba (57) , y conducto (58) y bomba (59) , para su regeneración y nuevos ciclos, cuyo funcionamiento es el siguiente:
El agua de mar es captada por un grupo electrobomba (52) e impulsada por la tubería (53) , hasta una cámara de vacío (43) , donde se encuentran las celdas evaporadoras y condensadoras, descendiendo en forma laminar por el exterior del absorbedor (50) , que le entrega calor, por lo que el agua de mar se evapora, pasando dicho vapor al exterior del condensador (51) , condensándose y descendiendo ya líquida sobre su superficie exterior, cediéndole calor, que genera vapor de la disolución volátil del circuito frigorífico, que circula por el interior del evaporador (51) , el cual se absorbe por la disolución absorbente, sobre la superficie interior del absorbedor (50) , cerrando el ciclo, de manera que el calor de vaporización del agua de mar, se toma en el absorbedor (50) y se entrega en el evaporador (51) , y, simultáneamente, el calor de absorción del refrigerante se cede en (50) y se toma en (51) , resultando un circuito de doble efecto, en el cual se toma y cede calor simultáneamente, con un consumo mínimo de energía, correspondiente a la desalación de agua de mar.
La regeneración de las disoluciones volátil (50) y absorbente (51) , se realiza en el regenerador (31) de la central, o bien en uno independiente, según convenga en cada caso, atendiendo a su sencillez y economía.
La salmuera de mar vuelve al mar, por el conducto barométrico (60) , mientras el agua destilada sale por el conducto barométrico (61) , hasta un depósito regulador, desde el que se envía a las tuberías de distribución.
Esta central permite la desalación gratuita de agua de mar y producción simultánea de energía, sin necesidad de grandes tomas de agua de mar, ya que la evaporación al vacío es prácticamente isotérmica, al tomar calor del absorbedor (50) , por lo que la relación destilada/salina puede ser de 1/2 o mas.
Las ventajas de este invento respecto a las centrales actuales, del mismo uso, comprendidas en el Estado de la Técnica Anterior, podemos resumirlas en las siguientes:
-El conjunto precisa una sola fuente térmica exterior, y las actuales precisan dos fuentes: caliente y fría. -El rendimiento es siempre la unidad, en circuitos ideales, e independiente de la temperatura, y el de las actuales es menor que la unidad y función de las temperaturas extremas.
-Toma calor gratuito de una fuente exterior, y las actuales consumen combustibles caros.
-Funciona a temperaturas casi ambientales, normalmente, permitiendo el uso de materiales plásticos, baratos y de fácil mecanizado, y las actuales exigen materiales de alto punto de fusión, costosos y de difícil mecanizado.
-La fuente térmica exterior es normalmente el mar, ríos, atmósfera, etc., y los ciclos se realizan en circuitos cerrados, no contaminantes, mientras que sí lo son los sistemas clásicos actuales. -No altera el equilibrio térmico de la tierra, ya que el calor absorbido de la fuente exterior es devuelto de nuevo por efecto Joule o cualquier otra forma de energía, mientras que las instalaciones clásicas sí lo alteran.
-Las instalaciones de estas nuevas centrales no exigen materiales costosos, ni medidas de seguridad especiales, como lo exigen las clásicas.
-La regeneración de las disoluciones volátil y absorbente, necesaria para repetir los ciclos, se realiza en un regenerador iónicomolecular, "sin necesidad de suministrar calor adicional desde una fuente exterior al sistema", como ocurre en el caso de todas las máquinas de absorción actuales, en su generador o separador.
-La producción de destilada es completamente gratuita, por lo que representa la solución ideal para el abastecimiento de agua a todas las ciudades costeras y a los regadíos próximos al mar, y así mismo para la obtención de destilados en la industria química.
-En instalaciones termofrigoríficas la extracción o suministro de calor es gratuita, silenciosa y no contaminante, por lo que puede utilizarse en hospitales y todos aquellos edificios y dependencias que exijan un bajo nivel de ruido.
Todos los circuitos de la central llevan control automático y manual, por lo que disponen de una unidad automatizada para procesado de datos, con posibilidad de ejecutar órdenes para los grupos bomba, válvulas, reguladores de caudal, de temperatura, presión, concentración de disoluciones, etc.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1, representa el esquema de una central completa, según un modo preferente de realización, compuesta de:
-Un captador del calor de la fuente exterior (0) , con su grupo electrobomba o extractor (1) y tuberías de impulsión (2) y retorno (3).
-Un depósito (4) , conteniendo el evaporador (13) y condensador (63) en la cámara (37), el absorbedor
(23) y evaporador (64) en la cámara (20), y la turbina o turbogenerador (9) , en el cuello del depósito (4) , disponiendo además de los pasos de tuberías necesarios.
-Un regenerador de los fluidos del ciclo frigorífico, compuesto por un depósito (31) y varias capas (30) y (36), ricas en volátil y absorbente, respectivamente.
-Una planta acondicionadora o termofrigorífica; con sus cambiadores de calor (48) y (49) .
-Una planta destiladora con sus celdas frigoríficas (A) y destiladoras (D) , dentro del depósito cerrado (62) .
La figura 2, representa el esquema de principio del regenerador de las disoluciones del ciclo frigorífico de absorción, referido a dos capas, para simplificar su exposición.
Las figuras 3 y 4 son esquemas de principio de un ciclo termodinámico, referido a la unidad de masa.
Las figuras 5, 6 y 7, son detalles seccionados del evaporador (13), absorbedor (23) y celdas destiladoras.
La figura la, representa el esquema de una central completa, según otro modo preferente de realización, cuyas variantes respecto al referido en la figura i, son:
El circuito de la máquina térmica y el de la frigorífica son uno solo, como se aprecia en la figura la. El regenerador (31) se divide en dos depósitos: el
(30) conteniendo las capas (30) del (31) y el evaporador (64) de la térmica, y el (36) , conteniendo las capas (36) del (31) y al absorbedor (23) .
El evaporador (13) y recalentador (63) en la cámara (37) sustituyen al evaporador (13) y condensador (63) de la figura 1.
La figura Ib es el esquema completo de otro modo preferente de realización, cuyas variantes respecto al de la figura 1, son: El regenerador (31) se divide en dos depósitos: el
(36) o separador y el (30) o de unión de los cuerpos volátil y absorbente.
El sistema dispone además de dos circuitos bombas de calor (Bl) y (B2) , para transferencia de calores.
La planta destiladora, figura Ib y en detalle, figura 7b, conteniendo sus celdas evaporadoras (D) y tubos condensadores (C) , dentro del depósito (62) .
Exposición de un modo preferente de realización
A continuación se hará una descripción completa de la aludida invención con referencia a los planos que se acompañan, en los cuales se representa, a simple título de ejemplo, no limitativo, una forma preferente de realización, referida a una central completa, susceptible de todas aquellas modificaciones de detalle, que no alteren sus características esenciales, que se describe a continuación.
En dichos planos:
La figura 1, representa de forma esquemática, la sección del conjunto, correspondiente a una central completa, es decir planta energética, acondicionadora y destiladora.
Esta Central la consideraremos situada junto al mar, de manera que ésta será la fuente exterior (0) , de suministro de calor al sistema. Consideraremos así mismo que los fluidos del ciclo de la máquina frigorífica de absorción son dos disoluciones de agua y amoníaco de distintas concentraciones: una rica en amoníaco, que la llamaremos volátil y la otra rica en agua, que la llamaremos absorbente. El fluido del ciclo motor será el moderno refrigerante no clorado, denominado SUVA- HFC-134a, que es de baja toxicidad y no afecta a la capa de ozono.
Por supuesto que los fluidos citados son solo a título de ejemplo, no limitativo, ya que pueden utilizarse todos los que se indica en la descripción.
Para su mejor interpretación dividiremos la exposición en la forma siguiente:
Planta energética o básica
-El captador del calor exterior estará compuesto por un grupo electrobomba vertical (1) , consistente en una hélice de material plástico, capaz de elevar el agua de mar a una altura mínima de 0,5 m.c.a., que es suficiente, accionada por motor eléctrico. Las tuberías de toma (2) y retorno (3) , serán de material plástico, resistente al agua de mar y a las acciones mecánicas a que estén sometidas.
-El depósito cilindrico (4) , tendrá forma de botella de cuello corto y bases bombeadas, y estará cerrado por el tapón deflector (5) . Será construido de material resistente, a las acciones de los fluidos de ciclo, tanto mecánicas como químicas, como son el acero, PVC, poliéster/vidrio, etc.
En su interior contendrá a los evaporadores (13) y (64), al condensador (63), al absorbedor (23) y a la turbina (9) , disponiendo además de los pasos necesarios para los conductos y tuberías del sistema, que dispondrán de bridas herméticas, para impedir escapes de vapor al exterior.
-El evaporador (13) , figura 1 y detalle figura 5, instalado en la cámara (37) , está compuesto por dos depósitos cilindricos (14) coaxiales, de bases paralelas y de poca altura, construidos de material adecuado, disponiendo el superior de un doble fondo (15) , que encierra una cámara (16) . Estos depósitos están comunicados por un haz de tubos (17) , de material adecuado, soldados perpendicular y herméticamente a las bases, por cuyo interior sube el fluido captado de la fuente exterior (0) , el cual cede calor a los tubos (17) , por cuyo exterior desciende la disolución volátil, desde la cámara (16) , gracias a una holgura (18) , existente entre el doble fondo de esta cámara y los tubos (17) , evaporándose al tomar el calor cedido por la fuente (0) , saliendo dicho vapor por la placa perforada (19) , hacia la cámara de absorción (20) , donde se absorbe por la disolución absorbente, sobre el absorbedor (23) . Los extremos de los tubos (17) , dentro de los depósitos (14) llevan unos orificios (6) , que permiten el paso del fluido de la fuente exterior (0) , el cual entra por el conducto (2) y retorna por el conducto (3), impulsado por el grupo electrobomba (1), mientras que el volátil entra por la tubería (21) y bomba (22) , procedente de las capas (30) del regenerador (31) .
-Un absorbedor (23) , figura 1, y detalle figura 6, instalado en la cámara (20) , compuesto por dos depósitos cilindricos (24) coaxiales, de bases paralelas, y de poca altura construidos de material adecuado y resistente, disponiendo el superior de un doble fondo (25) , que encierra una cámara (26) . Estos depósitos están comunicados por un haz de tubos (27) , de material adecuado, soldados hermética y perpendicularmente a las bases, por cuyo exterior desciende la disolución absorbente, procedente de la cámara (26) , gracias a una holgura (8) , existente entre el fondo de esta cámara (26) y los tubos (27) , el cual absorbe el vapor procedente de la cámara (37) , generando calor, que lo cede a los tubos (27) , por cuyo interior desciende el volátil del ciclo motor, desde el depósito superior (24) al inferior, gracias a unos orificios (7) , existentes en los extremos de los tubos (27) , evaporándose a alta presión, pasando por los conductos (11) y cámara (10) a la turbina o turbogenerador (9) .
A la superficie exterior de este absorbedor (23) , llega, por los espacios (19) , el vapor procedente de la cámara (37) ; por el tubo (28) y bomba (29) , la disolución absorbente, procedente de las capas (36) , del regenerador (31) , que entra por la cámara (26) , descendiendo por el exterior (23), de la tubos (27), donde absorbe los vapores llegados desde la cámara (37) , generando calor, que cede al interior (64) , que es el evaporador de la máquina térmica. Al interior (64) , del absorbedor (23) , llega el volátil del ciclo motor, procedente del condensador (63) , por el tubo (32), impulsado por la bomba (33), que al tomar el calor generado por la absorción del vapor sobre la disolución absorbente, que desciende por la superficie exterior (23) , de los tubos (27) , se evapora a alta temperatura y presión, pasando al depósito superior (24), y desde éste y por los conductos (11), a la cámara (10) , destinada al suministro de vapor a la turbina.
-Una máquina térmica que consta de un grupo electrobomba (33) y tubería (32) , alimentador del líquido volátil de ciclo, que lo toma del condensador (63) , construido de forma y material similar al evaporador (64) , y lo envía al evaporador (64) , donde se evapora a alta presión. Este vapor pasa por los conductos (11) a la cámara (10) , y desde ésta a la turbina o turbogenerador (9) , obteniéndose una energía útil, saliendo por los conductos (12) , hacia el condensador (63) , donde se condensa y cede este calor al volátil que baña su exterior, en la cámara (37) , evaporándolo junto al del evaporador (13) , para un nuevo ciclo, por lo que hay recuperación total del calor de escape, es decir del calor no transformado en trabajo o energía útil. Se ha previsto un acoplamiento mecánico hermético turbina-generador, destinado a refrigeración interior de este y estanqueidad del conjunto, consistente en una carcasa cerrada (44) , de material resistente, que envuelve al generador (9) , abierta solo por el extremo contiguo a la turbina, en el cual dispone de una brida (45) , para acoplamiento, quedando así el sistema completamente cerrado a la atmósfera, por lo que no es posible la fuga de fluido del ciclo motor, ni del frigorífico. La refrigeración se efectúa mediante la circulación de una parte del vapor frío del escape de la turbina, que pasa al interior del generador eléctrico, recorriéndolo de uno a otro extremo, pasando finalmente al condensador (63) , por los conductos (47) y (12) . -El regenerador (31), figuras 1 y 2, para regenerar las disoluciones volátil y absorbente del ciclo frigorífico, procedentes de la cámara de absorción (20) y evaporación (37) , consiste en un depósito cerrado (31) , de material adecuado, como el acero tratado, PVC, poliéster-vidrio, etc., resistente a las acciones de las disoluciones del ciclo frigorífico de absorción, y que está dividido en numerosas cámaras estancas, (en el plano se representan solamente dos por razones de claridad en el dibujo) , mediante placas horizontales (34) , resistentes a las acciones de los fluidos de ciclo. Cada cámara se divide, mediante una tela permeable (35) , de material adecuado, en dos capas de distinta concentración: una (30) , rica en volátil, y otra (36) , rica en absorbente. A estas últimas llega vapor procedente de la cámara (37) , por el conducto (38) , donde se absorbe, generando calor, y, simultáneamente, por el conducto (39) , sale igual cantidad de vapor y en las mismas condiciones termodinámicas hacia la cámara (20) , desde las capas (30) , enfriándolas, creándose una diferencia de temperaturas y concentraciones, que genera una corriente liquida de volátil iónicomolecular, desde las capas (36) a las (30) , acentuando la diferencia de concentraciones entre capas, o bien estratificar las disoluciones por enfriamiento y densidades. Al regenerador (31) entra la tubería (40) desde la cámara (20) , y la tubería (41) desde la cámara (37) . Salen la tubería (21) y bomba (22) , con disolución volátil, hacia la cámara (37) , generando vapor de la disolución volátil; la tubería (28) y bomba (29) , con disolución absorbente, hacia la cámara de absorción (20) , la cual desciende por el exterior de los tubos (27) , en forma laminar, absorbiendo el vapor volátil de la cámara (20) . Opcionalmente la tubería (65) y bomba (66) desde las capas (36) a las capas (30) .
Planta acondicionadora o termofrigorífica
La planta acondicionadora dispondrá de un ca biador-evaporador (48) , por cuya superficie exterior desciende fluido volátil del circuito de la máquina frigorífica, en la cámara (37) , obteniéndose así frío industrial, o bien aire acondicionado durante la marcha de verano, respectivamente. Así mismo puede utilizarse calor de absorción en el acondicionamiento de un local, en la marcha de invierno, añadiendo un absorbedor (49) , que toma calor de absorción en la cámara (20) . El fluido interior de estos evaporadores o absorbedores puede ser cualquiera de los utilizados en la industria termofrigorífica, o el propio aire a acondicionar.
Ambas instalaciones son evidentemente autónomas, no precisando suministro de energía motriz exterior al sistema, siendo así mismo silenciosas, al carecer de compresores, y absolutamente higiénicas, ya que los fluidos de ciclo irán en contenedores herméticos.
Planta destiladora Esta planta, según esquema figura 1 y detalle figura 7, consiste en el acoplamiento de unas celdas (A) , portadoras del circuito frigorífico de absorción, con unas celdas destiladoras (D) , construidas de material conductor del calor y resistente a los fluidos de ciclo y al agua de mar, y dispuestas de manera que el evaporador (51) y el absorbedor (50) de las frigoríficas son, respectivamente, por su superficie exterior, el condensador y evaporador de las destiladoras, y todas ellas estarán contenidas en un depósito cerrado, cilindrico, con sus dos bases bombeadas (62) , en cuyo interior (43) , reina el vacío barométrico, correspondiente a la tensión de vapor del agua de mar a la temperatura que se realice la evaporación. Opcionalmente se puede invertir el destino de las celdas, de forma que las frigoríficas sean las destiladoras y las destiladoras sean las frigoríficas, con lo cual el depósito (62) , trabajaría así con presión interior superior a la atmosférica, y no en depresión. A este depósito llega, por el conducto (54) , la disolución volátil, desde las capas (30) del regenerador (31) , y por el conducto (55) , la disolución absorbente, desde las capas (36) , que entran separadamente a las celdas (A) , descendiendo por paredes opuestas (51) y (50) , respectivamente, recogiéndose en su fondo, también separadamente, desde el cual se envían de nuevo al regenerador (31) , por los conductos (56) y bomba (57) , y conducto (58) y bomba (59) , para su regeneración.
En la página 9 y figura 1 de la citada patente principal, asi como en la reivindicación 10, se indica otro modo o método preferente de realización, consistente en que opcionalmente la regeneración de los fluidos de ciclo puede realizarse también mediante adición de un tercer cuerpo C, soluble en las disoluciones formadas por los cuerpos A (volátil) y B (absorbente) , del circuito frigorífico, de manera que dicho cuerpo C se una a una parte B' de B, formando así el cuerpo C.B De esta forma, en la disolución A+B, solo queda libre del cuerpo B la porción B-B/, por lo que aumenta la relación A/(B-B'), es decir la disolución A+B se enriquece en el componente A.
En la patente principal se indican los cuerpos A y B en páginas 5 y 6, y los A, B y C en páginas 9, 10 y 23, donde C puede ser puro o mezcla de varios cuerpos, es decir la patente principal contempla, de forma evidente, que pueden utilizarse todas las mezclas o disoluciones posibles de varios cuerpos, y en cualquier estado físico o químico, como por ejemplo A+B, A+C, B+C, A+B+C, A.B, A.C, B.C y A.B.C y SUS combinaciones. Basadas en estos métodos o modos, que ampara la patente principal, se han introducido unas mejoras, que pasamos a resumir en lo dos métodos o modos preferentes de realización, recogidos en el certificado de adición, que a título de ejemplo no limitativo, se exponen a continuación: la) Mejoras al método de los tres cuerpos A,B y C 2δ) Mejoras al método de los dos cuerpos B y C, o A y C
Ambos modos o métodos son técnicamente equivalentes a los de la patente principal, ya que realizan el mismo ciclo básico, a saber: "El fluido del circuito de absorción (o adsorción) circula en estado de vapor, desde el evaporador hasta el absorbedor o adsorbedor, y se regenera pasándolo en estado líquido, desde el absorbedor o adsorbedor hasta el evaporador, para un nuevo ciclo, separándolo del absorbente ó adsorbente, utilizando la energía interna del sistema, consiguiéndose así el rendimiento unidad o "Móvil Perpetuo de Segunda Especie", al utilizar la diferencia de entalpia entre el vapor del circuito de absorción ( o adsorción) y la entalpia del líquido en el circuito de regeneración." Otro modo preferente de realización
Basadas en el método de los tres cuerpos A, B y C se han realizado una mejoras en el método de la patente principal, que permiten, cuando convenga, integrar el circuito de la máquina térmica y frigorífica en uno solo, que denominaremos termofrigorífico, utilizando el mismo fluido para ambos, permitiendo así eliminar algunos elementos, al sustituirlos por otros de función múltiple y mejores prestaciones termodinámicas.
Haremos una descripción de las mejoras, referida a los planos que se acompañan y a sus correspondientes en la patente principal, para mejor compresión. En esta descripción los números y signos de referencia de los elementos de las mejoras son los mismos que sus homólogos en la patente principal, excepto el número de plano o figura, que en las mejoras es el mismo que en la patente principal seguido de una letra, así el plano o figura 1 de la patente principal se corresponde con el la y con el Ib de las mejoras, y certificado de adición.
Consideraremos así mismo, a título de ejemplo no limitativo, que la fuente exterior es el agua del mar, y que los cuerpos que intervienen en el ciclo son el agua, el amoníaco y el sulfato sódico, en disoluciones adecuadas, mas un líquido inmiscible con estas disoluciones, cuando sea necesario como portador del sulfato sódico, para facilitar su circulación y trasiego.
Para la descripción se seguirá el mismo orden que en la patente principal, y constará por lo tanto de tres zonas o plantas, según figura la.
Planta energética
Planta acondicionadora o termofrigorífica
Planta destiladora Planta energética
Consta, figura la, de los siguientes elementos:
-Un depósito o cámara (37) , recorrido por el agua de mar, la cual cede calor al evaporador (13) y evaporador recalentador (63) , del circuito frigorífico. Estos elementos se corresponden, respectivamente, con la cámara (37) y el evaporador (13) , y con el condensador (63) del escape de turbina, de la patente principal.
-Un depósito absorbedor (36) , conteniendo la disolución absorbente de los cuerpos A, B y C, es decir amoníaco, agua y sulfato sódico, puestos por ejemplo, que absorbe los vapores procedentes del evaporador (13) y evaporador recalentador (63) , que entran al mismo por el conducto (21) . Este depósito (36) equivale y sustituye a las capas (36) del regenerador (31) y al absorbedor (23) y cámara (20) de la patente principal.
-Un depósito separador evaporador (30) , que recibe la disolución procedente del depósito (36) , mediante el conducto (65) y bomba (66) , en estado de "absorbente", pasando al estado de "volátil", al hidratarse el sulfato y liberarse el amoníaco.
De este depósito (30) salen amoníaco puro o en disolución concentrada hacia el evaporador (13) y depósito (36) , por el conducto (21) y válvula (22) ; vapor de amoníaco hacia la turbina (9) , por el conducto (11) , saliendo el escape por el conducto (12) , hacia el recalentador evaporador (63) , continuando por el conducto (21) hasta el depósito (36) ; sulfato sódico hidratado y líquido auxiliar o portador inmiscible, por el conducto (28) y válvula (29) , hacia el depósito absorbedor (36) .
Este depósito (30) equivale y sustituye a las capas volátiles (30) , del regenerador (31) de la patente principal, y así mismo al evaporador (64) de la máquina térmica, realizando además la función de separador del agua y amoníaco, regenerándolos y disponiéndolos para nuevos ciclos.
A la vista de la descripción anterior y figura la, vemos que los perfeccionamientos y mejoras introducidas, en este modo de realización, se pueden resumir en los tres apartados siguientes: 1) El circuito de la máquina térmica y el de la frigorífica quedan integrados en uno solo, consiguiéndose:
- Mayor trabajo útil - Menor costo de instalaciones
- Simplificar el sistema
2) El regenerador (31) de la patente principal se divide en dos depósitos independientes, a saber: a) El depósito (30) , conteniendo todas las capas (30) del regenerador (31) y el evaporador (64) de la máquina térmica, haciendo además las funciones de separador del amoníaco y agua, regenerándolos para nuevos ciclos. b) El depósito (36) , conteniendo todas las capas absorbentes (36) del regenerador (31) y al absorbedor
(23) de la patente principal, consiguiéndose:
Disminuir o suprimir evaporadores y condensadores
- Disminuir costos de instalación y mantenimiento - Aumentar la seguridad de funcionamiento
3) El evaporador (13) y cámara (37) de la patente principal se reducen al depósito (37) de agua de mar, que cede calor al evaporador (13) , para vaporizar disolución volátil de amoníaco mas agua, y al recalentador (63) del vapor de amoníaco y agua del escape de turbina, aumentándole su entalpia, consiguiéndose:
- Facilitar la limpieza de (13) y (63) de las incrustaciones del agua de mar, puesta por ejemplo.
Disminuir costos del evaporador (13) y evaporador recalentador (63) .
El funcionamiento de la planta energética es como sigue:
El fluido de la fuente exterior (0) , a temperatura To, es impulsado por la bomba (1) y conducto (2) al depósito o cámara (37) , donde cede calor al evaporador (13) y evaporador recalentador (63) , volviendo mas frió, por el conducto (3) , a la fuente exterior o al medio ambiente.
Este calor cedido por la fuente exterior evapora y recalienta el volátil del evaporador (13) y (63) , el cual vapor pasa por el conducto (21) al depósito absorbedor (o adsorbedor) (36) , donde cede su calor total de absorción o adsorción. Este calor se emplea en separar los componentes B y C, es decir deshidratar el sulfato C, puesto por ejemplo, liberando el agua B, la cual agua absorbe al vapor de amoníaco A, quedando una disolución de los tres cuerpos A, B y C, a temperatura superior a la de hidratación del cuerpo C, a baja presión, en estado de "absorbente". Esta disolución pasa por el tubo (65) y bomba (66) al depósito (30) , que está a temperatura inferior a la de hidratación del sulfato, por lo que éste se vuelve a hidratar, es decir se une de nuevo C con B, liberando al amoníaco A, a alta presión.
Este vapor de amoníaco, puro o con cierta cantidad de vapor del componente B, pasa por el tubo (11) a la turbina (9) , generando el trabajo w, pasando el escape frío por el tubo (12) y (47) al recalentador (63) , donde se recalienta, pasando finalmente al absorbedor o adsorbedor (36) , donde cede calor. Al mismo tiempo sale del depósito (30) la disolución rica en amoníaco, por el tubo (21) y válvula (22) , que se evapora en (13) , y pasa por el tubo (21) al depósito (36) , donde se absorbe o adsorbe, generando calor. Por el tubo (28) y válvula (29) , sale hacia (36) el sulfato sódico hidratado, en disolución o suspensión sobre el líquido portante X, inmiscible con A y B y sus disoluciones, que al calentarse en (36) se vuelve a deshidratar, absorbiendo calor y liberando agua, la cual absorbe al vapor de amoníaco, que entra por el tubo (21) , generando calor, completando así el ciclo. Planta acondicionadora
Es igual que en la patente principal. Planta destiladora
Es igual que en la patente principal. Otro modo preferente de realización
En este modo de realización se utilizan los cuerpos B y C, como pueden ser los hidratos B.C, o bien A y C, como pueden ser los solvatos A.C, y sus disoluciones, como ejemplos no limitativos, mas el líquido X portador de C. La descripción seguirá el mismo orden que en la patente principal, referida a los cuerpos B y C, para simplificar, aunque debe entenderse que se hace extensiva a los cuerpos A y C, y consta de tres zonas o plantas, según figura Ib: Planta energética o básica
Planta acondicionadora o termofrigorífica
Planta destiladora Planta energética
Consta, figura Ib, de los siguientes elementos: -Un depósito (37) recorrido por el agua del ciclo de absorción (o adsorción) , que se evapora al tomar calor del evaporador (13) y condensador (63) del escape de turbina (9) .
Estos elementos son respectivamente la cámara (37) , el evaporador de mar (13) y el condensador (63) del escape de turbina, de la patente principal.
-Un depósito absorbedor (o adsorbedor) (20) , conteniendo la disolución absorbente ( o adsorbente) de los cuerpos B y C, es decir agua y sulfato sódico, por ejemplo, que absorbe (o adsorbe) los vapores procedentes de la cámara o depósito (37) , que entra al mismo por el conducto (19), previamente recalentados por el intercambiador (la) .
Este depósito (20) equivale y sustituye al absorbedor (23) y cámara (20) de la patente principal. -Un depósito separador (36) , que tiene la misión de regenerar el fluido volátil del circuito de absorción o adsorción, en estado líquido, separándolo del cuerpo C, (deshidratar C) , a costa de la energía interna del sistema, y sustituye al depósito (31) de la patente principal.
A este depósito (36) llegan los siguientes elementos:
- La disolución o suspensión procedente del depósito (20) , mediante el conducto (67) y bomba (B3) . - La disolución o suspensión procedente del fondo del depósito (37) , por el conducto (68) y bomba (B4) .
Salen de este depósito (36) la disolución o suspensión hacia el depósito (30) , por los orificios
(69). Sale la disolución o suspensión desde el fondo del depósito (36) al depósito (20) , por el conducto (28) y bomba (29) , para un nuevo ciclo.
Este depósito (36) dispone además de dos condensadores (Cl) y (C2) , que aportan el calor necesario para la deshidratación del sulfato (puesto por ejemplo) , para su regeneración en anhidro, que, precipitado en parte en el fondo, es llevado por la bomba (29) , conducto (28) y aspersores (P) , al depósito o cámara (20) , para su utilización como adsorbente, en un nuevo ciclo. Así mismo dispone de un recalentador (70) del circuito de retorno del agua de mar, procedente de la planta destiladora, mediante el conducto (3) .
-Un depósito (30) , alimentado desde el (36) , por los conductos (69) , en el cual se hidrata el sulfato sódico, es decir el cuerpo C, cediendo este calor al evaporador (El) , del circuito bomba de calor (Bl) y condensador (Cl) , que lo entrega al depósito (36) . La disolución del sulfato hidratado pasa al depósito (37) , donde se enfría y se separa del agua, por sobresaturación. El agua sube a la superficie para ser evaporada en un nuevo ciclo, mientras el hidrato precipita en el fondo, pasando, por el conducto (68) y bomba (B4) , de nuevo al depósito (36) , para ser deshidratado y enviado al depósito (20) , para ser utilizado en un nuevo ciclo.
Los perfeccionamientos y mejoras introducidas se pueden resumir pues en los seis apartados siguientes:
1) El circuito de la máquina térmica y el de la frigorífica son independientes, como en la patente principal, consiguiéndose:
Poder utilizar fluidos volátiles cualesquiera en la máquina térmica, y a mayores presiones.
2) El regenerador (31) de la patente principal se divide en dos depósitos independientes, a saber: a) El depósito (36) o separador, donde se deshidrata el sulfato sódico, regenerándolo anhidro para nuevos ciclos. b) El depósito (30) donde vuelve a hidratarse el sulfato, que precipita, regenerando el agua para nuevos ciclos, cediendo calor. 3) El evaporador (13) es el mismo de la patente principal, el cual cede calor al agua del circuito de absorción o adsorción del depósito (37) , que se extiende ahora hasta el depósito inferior (36) , para tomar el agua de deshidratación, procedente de este depósito, a través del depósito (30) .
4) Dispone de un intercambiador de calor (la) , que toma a contracorriente el calor cedido por el agua de deshidratación, al pasar del fondo a la superficie de (37), y lo cede a (36), ya que equivale al necesario para recalentar el agua absorbida o adsorbida por el sulfato anhidro, durante el ciclo de adsorción, para llevarla desde To hasta la temperatura de adsorción en (20).
5) Dispone de dos circuitos completos bombas de calor (Bl) y (B2) , que toman los calores de deshidratación del sulfato, en (30) y (20) , respectivamente, y los transfieren a mayor temperatura al depósito (36) , para su deshidratación.
6) Dispone de un recalentador (70) , para la planta destiladora de agua de mar, cuya misión es recalentar el retorno de agua de mar, y utilizar este calor para destilación.
El funcionamiento de la planta energética es como sigue:
El fluido de la fuente exterior (0) , a temperatura To, es impulsado por la bomba (1) y conducto (2) al depósito o cámara (37) , donde cede calor al evaporador
(13) , volviendo frío a la fuente exterior o a la planta destiladora.
Este calor cedido por la fuente exterior en (13) se suma al calor del condensador (63) del escape de turbina, evaporando agua de la cámara (37) , cuyo vapor, previamente recalentado por el cambiador la, pasa por el conducto (19) al depósito (20) , donde cede su calor total de absorción o adsorción a la disolución o suspensión del sulfato anhidro. Este calor pasa al evaporador (64) de la máquina térmica, y al evaporador (E2) del circuito bomba de calor (B2) , realizando las dos funciones siguientes: la) En el evaporador (64) se evapora un volátil a alta presión que acciona a la turbina (9) , generando el trabajo w, pasando por el tubo de escape (12) y (47) al condensador (63) , donde cede su calor, para volver líquido por el conducto (32) y bomba (33) , de nuevo al evaporador (64) , para nuevo ciclo.
2a) En el evaporador (E2) se evapora un volátil a la temperatura de hidratación del sulfato, cuyo vapor se comprime por la bomba (B2) elevando su temperatura hasta superar la de deshidratación del sulfato, condensándose en el condensador (C2) , donde cede su calor para dicha deshidratación. La disolución o suspensión del sulfato hidratado pasa desde (20) al depósito (36) , donde se recalienta y deshidrata, al absorber el calor cedido por los condensadores (Cl) y (C2) , precipitando sulfato anhidro en el fondo de (36), pasando la disolución al depósito (30) , donde se hidrata, cediendo este calor al evaporador (El) , que lo transfiere mediante el circuito bomba de calor (Bl) al depósito (36) , para deshidratar.
Del depósito (30) pasa la solución al depósito
(37) , donde se enfría a contracorriente, en el cambiador la, por el vapor de agua frío generado en (37) , antes de ser absorbido en (20) , precipitando en el fondo el sulfato hidratado y pasando el agua fría (disolución fría de agua y sulfato hidratado) a la superficie de (37) , para ser evaporada por el calor de (13) y (63) , y así utilizarse para un nuevo ciclo. Planta acondicionadora Es igual que en la patente principal, por lo que no es necesario repetir sus características. Planta destiladora
La planta destiladora, figura Ib, consta de los siguientes elementos:
- Un depósito (62) y cámara de vacío interior (43) , con los mismos fines que el de la patente principal, es decir: contener las celdas evaporadoras y condensadoras del agua de mar y demás elementos. - Un conducto de alimentación (3) que lleva el retorno frío de agua de mar, procedente del cambiador (13) y que recorre el depósito (62) .
Este conducto se corresponde con el (53) de toma de agua de mar de la patente principal. - Una serie de tubos verticales condensadores (C) recorridos interiormente por el agua fría de retorno de mar, entregada por el conducto (3) , sobre los cuales condensa el vapor de agua y se recoge en unos vasos situados en sus bases. Estos tubos y vasos equivalen a las superficies condensadoras de las celdas (D) y a los vasos recogedores del destilado en la patente principal.
- Un intercambiador de calor (70) , al que llega el agua de los condensadores (C) , recalentada por la condensación, donde se recalienta aun mas y vuelve al depósito (62) . Este intercambiador (70) equivale a las celdas (A) de la patente principal.
- Un conducto (71) y aspersores (72) , que conducen el agua desde el intercambiador hasta el depósito (62) , donde sufre la evaporación súbita en las celdas (D) , condensándose en la superficie exterior de los tubos verticales condensadores (C) , recogiéndose la destilada en unos vasos (V) , situados en la base, y desde estos sale por el conducto (61) al exterior, para su utilización.
Este conducto (71) equivale al (53) de la patente principal, ya que conducen el agua de mar, para su evaporación en la cámara de vacío (43) , que es el interior del depósito (62) . El funcionamiento es como sigue:
El agua fría de retorno de mar entra al depósito (62) por el tubo (3), recorre los tubos condensadores (C) , en cuya superficie exterior se condensa agua destilada de gran pureza, que calientan la salada del tubo (3) , la cual pasa por el cambiador (70) , del depósito (36) , donde se calienta aun mas. Retorna caliente por el tubo (71) al depósito (62) y aspersores (72) , donde sufre la evaporación súbita y condensa sobre el exterior de los condensadores (C) , que a su vez calientan la ida, terminando así un ciclo completo a contracorriente. En la figura Ib se han representado una sola serie de celdas, para simplificar el dibujo, aunque en realidad son muchas celdas, según el número de etapas en que dividamos la destilación. En la figura 7b se indica el detalle de una serie de celdas y dos etapas, donde vemos que los condensadores (C) trabajan a contracorriente, para recuperar el calor de condensación y utilizarlo para recalentar la masa de retorno de agua de mar. Las simplificaciones y mejoras introducidas en la planta destiladora son pues las siguientes:
Las celdas (A) de la patente principal se han eliminado simplificando así el sistema.
No es preciso regenerar los fluidos de las celdas (A) , por lo que se simplifica el diseño y disminuye el costo de la planta.
La destilación se realiza a contracorriente, empleando en parte el calor de condensación del agua destilada para elevar la temperatura del retorno de salada, antes de entrar en el cambiador (70) , economizando calor útil.
La toma de mar es única, ya que se utiliza el retorno de la planta energética.
No es posible la contaminación del destilado por escapes del volátil, al no utilizarse en este diseño mas que agua de mar y destilada. Los intercambiadores de calor son sencillos y mas económicos, al estar dentro de una cámara de vacío y ser despreciable la fatiga del material, al serlo la diferencia de presiones interna y externa de dichos intercambiadores.
Los circuitos y mecanismos de la central llevan incorporados los correspondientes dispositivos de control automático y manual, conectados a una unidad automatizada para procesado de datos, que tendrá la posibilidad de ejecutar órdenes, para los distintos grupos bomba, válvulas, reguladores de caudal, reguladores de temperatura, de concentración de las disoluciones de ciclo, regulación de presiones, etc.
De acuerdo con la invención, el presente sistema comprende la realización de una Central Termodinámica, que en instalaciones ideales, convierte íntegramente en energía útil el calor suministrado por cualquier fuente exterior, preferentemente natural y renovable, mediante acoplamiento de una máquina frigorífica de absorción con una máquina térmica, disponiendo además de un regenerador de los fluidos de ciclo, pudiendo llevar incorporada una planta acondicionadora o termofrigorífica y una planta destiladora.
La forma, dimensiones y materiales podrán ser variables, y, en general, cuanto sea accesorio, siempre que no altere, cambie o modifique la esencialidad del objeto que se describe.
Los términos en que queda redactada esta Memoria son ciertos y fiel reflejo del objeto descrito, debiéndose tomar con carácter amplio y nunca en forma limitativa.
El solicitante se reserva el derecho de obtención de los oportunos Certificados de Adición complementarios, por las mejoras o perfeccionamientos que en lo sucesivo pudiera aconsejar la práctica.

Claims

REIVINDICACIONES
Se reivindica como de nueva y propia invención la propiedad y explotación exclusiva de:
1) "CENTRAL TERMODINÁMICA DE RENDIMIENTO UNIDAD", caracterizada porque en la misma se realizan unos ciclos termodinámicos, que en instalaciones ideales, convierten íntegramente en energía útil el calor suministrado por una sola fuente exterior, preferentemente natural y renovable, como el mar, atmósfera, etc., o artificial, y que tiene aplicación en plantas energéticas, destiladoras, termofrigoríficas, propulsión terrestre y marítima etc. La central completa consta de tres zonas o plantas:
Planta energética o básica Planta acondicionadora o termofrigorífica Planta destiladora La planta energética consiste en acoplar una máquina frigorífica de absorción con una máquina térmica, de manera que la cámara de evaporación y la de absorción de la primera contienen, respectivamente, al condensador y evaporador de la segunda, en circuitos independientes y herméticos. La máquina frigorífica toma calor exterior en su evaporador, y lo entrega a su absorbedor a mayor temperatura, y, simultáneamente, la máquina térmica toma calor del absorbedor, realiza trabajo, y devuelve el calor restante al evaporador frigorífico, resultando así una recuperación total y por lo tanto un rendimiento unidad.
El líquido del ciclo frigorífico es una disolución de líquidos de distinta temperatura de ebullición, y a distintas concentraciones, según se encuentre en el evaporador o absorbedor, y puede estar formada por líquidos, o bien por líquidos y sólidos disueltos en dichos líquidos. El líquido de ciclo de la térmica es un volátil puro, o una disolución de uno o varios volátiles y uno o varios absorbentes, que mejoren sus prestaciones termodinámicas, y a distintas concentraciones, según esté en el evaporador o absorbedor. La planta energética consta de:
-Un captador del calor de la fuente exterior, que lo cede al evaporador en la cámara de evaporación, de la máquina frigorífica, generando vapor.
-Un depósito cilindrico de bases bombeadas, conteniendo el evaporador frigorífico, la cámara de evaporación, el condensador de la térmica, la cámara de absorción, el absorbedor, el evaporador de la térmica, la cámara de alta presión, la turbina y los conductos necesarios del sistema. -Un evaporador, que toma calor del fluido de la fuente exterior, generando vapor, en la cámara de evaporación, el cual pasa a la cámara de absorción.
-Un absorbedor, que absorbe por su exterior el vapor procedente del evaporador y cámara de evaporación, de la máquina frigorífica, generando calor a mayor temperatura, que lo entrega a su interior, que es el evaporador de la máquina térmica.
-Una máquina térmica, compuesta de evaporador, cámara de alta presión, turbina o turbogenerador eléctrico y condensador.
-Un regenerador de las disoluciones del ciclo frigorífico, que las toma desde las cámaras de evaporación y absorción, mediante conductos adecuados, regenerándolas y devolviéndolas a su estado inicial.
La planta acondicionadora o termofrigorífica consta de:
-Un cambiador-evaporador, que cede calor en la cámara de evaporación, y un absorbedor, que toma calor en la cámara de absorción, según se trate de la marcha de verano o de invierno, respectivamente.
La planta destiladora consta de:
-Unas celdas, portadoras del circuito frigorífico de absorción, acopladas a unas celdas de destilación, de manera que el evaporador y el absorbedor de las frigoríficas, son respectivamente y por su exterior, el condensador y evaporador de las destiladoras, y todas ellas contenidas en un depósito cilindrico y cerrado, de bases bombeadas.
Para facilitar la regeneración de los cuerpos A, B y C que intervienen en los ciclos se han previsto además otras dos formas o modos preferentes de realización: is) Método o modo de tres cuerpos A, B y C 22) Método o modo de dos cuerpos B y C, o A y C Todos los métodos descritos son equivalentes, ya que realizan el mismo ciclo básico, a saber:
"El fluido del circuito de absorción ( o adsorción si el cuerpo C es un sólido ) circula en estado de vapor, desde el evaporador hasta el absorbedor ( o adsorbedor) , y se regenera pasándolo en estado líquido, desde el absorbedor (o adsorbedor) hasta el evaporador, para un nuevo ciclo, separándolo del absorbente ( o adsorbente) , utilizando para ello la energía interna del sistema, consiguiéndose así el rendimiento unidad o "Móvil Perpetuo de Segunda
Especie", al poder utilizar la diferencia de entalpia entre, el vapor del circuito de absorción ( o adsorción) y la entalpia del líquido en el circuito de regeneración." 12) Método de tres cuerpos
En la planta energética El captador de calor exterior queda reducido a un depósito recorrido por el fluido de la fuente exterior, que cede calor al evaporador frigorífico y al recalentador de los vapores o gases de escape de la turbina.
El circuito de la máquina térmica y el de la frigorífica quedan integrados en uno solo.
El regenerador de la patente principal queda reducido a dos depósitos independientes: el absorbedor y el separador.
- El depósito absorbedor contiene la disolución absorbente de los cuerpos A, B y C, que absorbe los vapores procedentes del evaporador frigorífico y evaporador recalentador del escape de la turbina, que entran al mismo por un conducto común.
- El depósito separador evaporador recibe la disolución procedente del depósito absorbedor, mediante un conducto y bomba adecuados, en estado de "absorbente", pasando al estado de "volátil", al unirse el cuerpo B al C, y liberarse el A, que se evapora, puro o mezclado con vapores de B.
22) Método de dos cuerpos B y C, o A y C.
En la planta energética
El circuito de la máquina térmica y el de la frigorífica son independientes.
El evaporador captador de calor exterior se extiende ahora hasta el depósito separador, disponiendo de un intercambiador de calor auxiliar. Este depósito es recorrido por el fluido exterior, el cual cede calor al fluido del ciclo de absorción, que se evapora, al tomar dicho calor y el de condensación del vapor de escape de la turbina.
El absorbedor contiene al absorbente C está mezclado, disuelto o suspendido en un líquido X, inmiscible con B y C, o A y C, que permite al cuerpo C absorber ( o adsober si C es sólido) al cuerpo B o al cuerpo A, y al mismo tiempo su trasiego por conductos y bombas.
El regenerador se divide en dos depósitos independientes: - El depósito separador, que tiene la misión de regenerar los cuerpos B y C, o A y C, que intervienen en el circuito de absorción ( o adsorción) , es decir separar B de C, o A de C, pasando B o A al evaporador, en estado liquido, a costa de la energía interna del sistema, mientras el cuerpo C se precipita en el fondo del depósito, total o parcialmente, para ser llevado al depósito absorbedor (o adsorbedor) , para nuevos ciclos. Dispone además de unos circuitos bombas de calor, para facilitar esta separación y un intercambiador de calor o recalentador para la planta destiladora.
- El depósito de unión de los cuerpos B y C, o A y C, alimentado desde el depósito separador, donde se vuelven a unir los cuerpos B y C, o A y C, formando de nuevo el B.C, o A.C, cuyo calor se transfiere al depósito separador. La disolución B+B.C, o A+A.C pasa al captador de calor de la fuente exterior, donde se enfría y se separan sus componentes así: el cuerpo B o el A, sube a la superficie para ser evaporado, mientras el B.C o A.C, se precipita en el fondo, por sobresaturación, para pasar de nuevo al depósito separador, por conductos adecuados, para ser separado de nuevo en sus componentes B y C, o A y C, y enviado el C al depósito absorbedor ( o adsorbedor) , para ser utilizado en nuevos ciclos, y el B o el A enviado de nuevo hacia el depósito de unión, en disolución formada por B+B.C o A+A.C.
En la planta destiladora
Se suprime la alimentación y retorno de los fluidos volátiles, del regenerador y la toma directa de agua de mar. Dispone de un depósito contenedor, para contener las celdas evaporadoras y condensadoras del agua de mar y demás elementos, haciendo a su vez de cámara de vacío para producir la evaporación súbita del agua de mar.
La destilación se realiza aprovechando este agua fría de retorno, la cual entra por un conducto adecuado, pasando por el interior de una serie de tubos verticales condensadores, sobre los que se condensa el vapor de agua destilada, cuyo calor se transmite al agua fría salada del interior, que pasa al intercambiador de calor o recalentador auxiliar, ubicado en el depósito separador del circuito frigorífico, calentándose y volviendo al depósito contenedor, al que entra a través de unos aspersores, donde sufre la evaporación súbita, condensándose sobre el exterior de los tubos verticales, recogiéndose en unos vasos, situados en sus bases, y desde estos pasa al exterior, para su utilización, resultando así una destilación por intercambio de calor a contracorriente.
Lleva sistemas de control automático y manual, conectados a una unidad de procesado de datos. 2) Central termodinámica según reivindicación 1, caracterizada porque el captador de calor exterior está constituido por una electrobomba o extractor, que toma el fluido de la fuente exterior, y por una tubería lo impulsa, y lo hace circular por el interior del evaporador del circuito frigorífico, al cual cede calor, volviendo mas frío, por la tubería de retorno a la fuente exterior o al medio ambiente.
3) Central termodinámica según reivindicaciones 1 a 2, caracterizada porque el depósito cilindrico, tendrá forma de botella de cuello corto y bases bombeadas, cerrado por un tapón deflector. Será construido de material resistente, como el acero, PVC, poliéster/vidrio, etc. Su interior se divide, mediante una placa perforada, en dos cámaras, a saber: la cámara evaporadora y la absorbedora, del circuito frigorífico. La evaporadora contiene el evaporador frigorífico, el condensador de la térmica y el cambiadorevaporador de la acondicionadora, además de las tuberías de ida y retorno del fluido volátil del circuito frigorífico. La absorbedora contiene el absorbedor del circuito frigorífico, que es a su vez el evaporador de la máquina térmica, el cambiador de calor, de la acondicionadora, la cámara de alta presión, con sus tubos de alimentación, y en su cuello de botella, a la turbina, con los conductos de escape o retorno del vapor al condensador de la máquina térmica.
4) Central termodinámica según reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el evaporador frigorífico, consta de una serie de tubos y placas verticales y horizontales, de material adecuado, por cuya superficie interior circula el fluido templado, procedente de la fuente exterior, impulsado por el grupo electrobomba o extractor, considerado en la reivindicación 2, cediendo calor al fluido volátil, que desciende por su superficie exterior, generando vapor en la cámara de evaporación del circuito frigorífico, pasando este vapor, por una placa perforada, al absorbedor, que lo absorbe, generando calor, a mayor temperatura, que transfiere a su interior.
5) Central termodinámica según reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el absorbedor, del circuito frigorífico, es a su vez evaporador de la máquina térmica, y consta de una serie de tubos y placas horizontales y verticales, de material adecuado, por cuya superficie exterior desciende el líquido absorbente, procedente del regenerador, que absorbe el vapor procedente de la cámara de evaporación, referido en la reivindicación 4, generando calor a mayor temperatura, que se cede al líquido volátil, que desciende por su superficie interior, procedente del condensador de la térmica, evaporándolo a mayor temperatura y presión, disponiéndolo para accionar a la turbina o turbogenerador eléctrico.
6) Central termodinámica según reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el vapor procedente del evaporador de la térmica, según reivindicación 5, pasa por conductos adecuados y cámara de alta presión, a accionar a la turbina o turbogenerador eléctrico, de la máquina térmica, produciendo un trabajo o energía útil, y finalmente, pasa por conductos adecuados, hasta su condensador, donde se condensa, cediendo calor a su superficie exterior, bañada por disolución volátil, procedente del regenerador, generando vapor. junto con el del evaporador frigorífico, referido en la reivindicación 4, recuperándose íntegramente el calor de rechazo de la turbina, dentro de la cámara de evaporación del circuito frigorífico. 7) Central termodinámica según reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque la turbina, tendrá un diseño especifico para estas centrales, consistente en que el eje, tambor y alabes serán fundidos en una sola pieza, de material adecuado, preferentemente plástico resistente, mientras que el anillo de directrices, cuando exista, será fundido en dos piezas idénticas y diametralmente opuestas, para facilitar su montaje, que se realizará preferentemente en el cuello de botella del depósito, indicado en la reivindicación 3, de manera que el vapor le entra por la cámara de alta presión y sale hacia el condensador, por los conductos de escape, cerrados al exterior por el tapón deflector y la carcasa cerrada del generador.
8) Central termodinámica según reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque las disoluciones volátil y absorbente del ciclo frigorífico, son regeneradas en un regenerador iónicomolecular, que consiste en un depósito cilindrico y cerrado, de bases bombeadas, dividido en varias cámaras estancas, por placas horizontales, subdivididas, cada una de dichas cámaras, en dos capas de distinta concentración: una rica en volátil, y la otra rica en absorbente, a las que entran las disoluciones volátil y absorbente del ciclo frigorífico, procedentes del fondo de la cámara de evaporación del circuito frigorífico, por un conducto adecuado, y del fondo de la cámara de absorción por otro conducto. A las capas absorbentes llega además una masa de vapor de m kg, por un conducto adecuado, desde la cámara de evaporación del circuito frigorífico, que se absorbe, generando calor, pasando líquido a las capas volátiles, por una tela permeable, las cuales capas se enfrían, al cederlo evaporado a la cámara de absorción, por un conducto adecuado, originándose en el regenerador una corriente de líquido volátil, desde las capas absorbentes a las volátiles, acentuándose la diferencia de concentraciones entre capas, que quedan en su estado inicial, dispuestas para nuevos ciclos.
9) Central termodinámica según reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque el método seguido para la regeneración de las disoluciones volátil y absorbente del ciclo frigorífico, consiste en utilizar el calor total de absorción de una masa de vapor de m kg, al ser absorbida por las capas absorbentes, del regenerador, para la separación o paso de (m+l) kg, por vía liquida, desde dichas capas absorbentes hacia las capas volátiles, que simultáneamente se enfrían, al evaporar dicha masa de m kg de vapor y enviarla a la cámara de absorción del circuito frigorífico, consiguiéndose por este doble flujo la regeneración de capas, sin necesidad de evaporar y condensar el volátil de ciclo, como precisan las actuales máquinas frigoríficas de absorción, y consta de las siguientes etapas: a) Absorber por las capas absorbentes, una masa de vapor de m kg, procedente de la cámara de evaporación del circuito frigorífico, generando calor, y, simultáneamente, evaporar, en las mismas condiciones termodinámicas que entró, igual cantidad de vapor de m kg, de las capas volátiles, enfriéndolas, con lo cual la variación de energía interna del regenerador en nula. b) Utilizar el calor total de absorción, generado en las capas absorbentes, por la masa de m kg de vapor absorbidos, para producir la separación o paso de (m+l) kg de líquido volátil, desde estas capas hacia las capas volátiles, a través de una tela permeable, de manera que en ciclos ideales los calores sean equivalentes, es decir, que si llamamos Qv al calor de condensación o vaporización, y Qd al de absorción o separación de 1 kg de volátil líquido, se cumpla que:
En las capas absorbentes: m(Qv+Qd) = (m+l)Qd mQv = Qd En las capas volátiles, si llamamos Q1+Q2 al calor cedido por dichas capas para evaporar kg de volátil, en las mismas condiciones termodinámicas que entra al regenerador, incluido el de la masa de 1 kg. transferido desde la capa absorbentes, se verifica que: mQv = Ql+Q2+Q'd
Pero la variación de energía interna del regenerador es nula, luego:
Qd = Ql+Q2+Q'd Y tomando Q'd = 0 para disoluciones volátiles casi puras en el componente volátil, resulta finalmente:
Qd = Q1+Q2
Es decir ha pasado 1 kg de volátil líquido, desde las capas absorbentes a las capas volátiles, que es el considerado para un ciclo de masa unidad, para simplificar. Por lo tanto las capas absorbentes y volátiles quedan en las mismas condiciones de partida, para un nuevo ciclo de evaporación/absorción, del circuito de la máquina frigorífica de absorción, sin mas que calentar la masa de ciclo, tomada de las capas volátiles, puesto que se han enfriado en el regenerador. Este calor, que es equivalente a Qd, se compensa por el calor total Qd, de rechazo de la turbina mas el del absorbedor del circuito frigorífico. 10) Central termodinámica según reivindicaciones
1 a 9, caracterizada porque opcionalmente el método indicado en la reivindicación 9 puede sustituirse en todo o en parte mediante un método de desplazamiento, añadiendo un cuerpo C, soluble en las disoluciones del circuito frigorífico, cuando se encuentran en el regenerador, de manera que se una química o físicamente al cuerpo menos volátil, disminuyendo así su masa libre en la disolución, lo que equivale a un aumento de la concentración del volátil en el resto del cuerpo menos volátil, obteniéndose un efecto equivalente al indicado en la reivindicación 9.
11) Central termodinámica según reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque la turbina puede acoplársele un generador eléctrico, mediante una carcasa cerrada, abierta solo por el extremo contiguo a la turbina, donde dispone de una brida, para acoplamiento hermético al escape de dicha turbina, que la fija al tapón deflector, permitiendo que por los espacios interiores pase vapor frío de escape de uno a otro extremo del generador, refrigerándolo, volviendo este vapor al condensador, por conductos adecuados, juntamente con el restante de escape.
12) Central termodinámica según reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque la planta acondicionadora o termofrigorífica cede calor, mediante un cambiador- evaporador, en la cámara de evaporación del circuito frigorífico, al fluido volátil de la máquina frigorífica, obteniéndose así frío industrial, o aire acondicionado en marcha de verano, y así mismo, mediante un absorbedor adecuado, toma calor en la cámara de absorción, de la máquina frigorífica, para el acondicionamiento del aire de un local, durante la marcha de invierno.
13) Central termodinámica según reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque la planta destiladora está compuesta por unas celdas, portadoras del circuito frigorífico de absorción, acopladas a unas celdas de destilación, construidas con tubos y placas huecas de material conductor del calor, y dispuestas de manera que el evaporador y absorbedor, de las celdas frigoríficas, son, respectivamente, por su superficie exterior, condensador y evaporador de las destiladoras, y todas ellas contenidas en un depósito cerrado, cilindrico y de bases bombeadas, en cuyo interior reina el vacío barométrico, correspondiente al vapor de agua de mar, a la temperatura que se realice la evaporación. Opcionalmente se puede invertir el destino de las celdas, de forma que las frigoríficas sean destiladoras y las destiladoras sean las frigoríficas, con lo cual el depósito, trabajaría así con presión interior superior a la atmosférica, y no en depresión.
A este depósito llega, por un conducto, la disolución volátil, desde las capas volátiles del regenerador, y por otro conducto, la disolución absorbente, desde las capas absorbentes, que entran separadamente a las celdas del circuito frigorífico, descendiendo por paredes opuestas, recogiéndose en su fondo, también separadamente, desde el cual se reenvían de nuevo al regenerador, por conductos y bombas adecuadas, regenerándose dichas disoluciones, para nuevos ciclos. 14) Central termodinámica según reivindicaciones
1 a 13, caracterizada porque opcionalmente, la planta destiladora puede llevar un regenerador independiente del indicado en la reivindicación 8, en todos aquellos casos que sea necesario o conveniente. 15) Central termodinámica según reivindicaciones
1 a 14, caracterizada porque el fluido de las bombas de calor puede ser cualquiera de los conocidos por la técnica actual, en circuito hermético e independiente.
16) Central termodinámica según reivindicaciones 1 a 15, caracterizada porque opcionalmente el fluido de alguna de las bombas de calor puede ser el propio cuerpo B, o el A, cuya bomba lo toma vaporizado en el depósito separador, para compensar al de vaporización, de manera que esta y la condensación se realizan con la propia energía interna del sistema. El líquido B o el A pasa al depósito evaporador captador de calor de la fuente exterior, separándose del cuerpo C, que precipita por sobresaturación en el fondo del depósito separador, quedando B y C, o A y C separados (regenerados) y dispuestos para nuevos ciclos. 17) Central termodinámica según reivindicaciones
1 a 16, caracterizada porque el recalentador ubicado en el evaporador captador de calor exterior tiene la misión de recalentar el vapor de B o de A, del ciclo frigorífico de absorción o adsorción, entre las temperaturas extremas de este ciclo, a costa del calor sensible que tiene el propio cuerpo B o el A en estado líquido, al entrar a dicho evaporador.
18) Central termodinámica según reivindicaciones 1 a 17, caracterizada porque todos los mecanismos y circuitos de la central llevan incorporados los medios necesarios para control automático y manual, por lo que disponen de una central automatizada para procesado de datos, con posibilidad de ejecutar órdenes que actúen sobre los distintos grupos bomba, válvulas, reguladores de caudal, de temperatura, de concentración de las disoluciones de los ciclos, etc.
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