ES2281389T3 - Metodo y aparato para producir energia a partir de una fuente de calor. - Google Patents
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Abstract
Método para producir energía a partir de una fuente térmica utilizando un fluido intermediario para transferir calor desde dicha fuente térmica hacia un fluido de trabajo orgánico, que comprende las etapas de: a) calentar un fluido intermediario con calor obtenido a partir de dicha fuente térmica (13) y producir un fluido intermediario vaporizado en un dispositivo calentador/vaporizador de fluido intermediario (12); b) vaporizar un fluido de trabajo líquido y orgánico con el calor obtenido a partir del fluido intermediario vaporizado en un dispositivo vaporizador de fluido orgánico (22) para conformar un fluido de trabajo orgánico vaporizado y un condensado de fluido intermediario; c) expandir dicho fluido intermediario vaporizado en una turbina de vapor de fluido intermediario (16) para producir energía antes de suministrar dicho fluido intermediario vaporizado a dicho dispositivo vaporizador de fluido orgánico (22); d) expandir dicho fluido de trabajo orgánico y vaporizado en una turbinade vapor orgánico (24) para generar energía y producir fluido de trabajo orgánico vaporizado; e) condensar dicho fluido de trabajo vaporizado orgánico expandido para producir un condensador de fluido orgánico; y f) suministrar el condensado de fluido orgánico al dispositivo vaporizador de fluido orgánico (22) caracterizado porque el fluido intermediario es un fluido de transferencia de calor aromático, alquilado y sintético.
Description
Método y aparato para producir energía a partir
de una fuente de calor.
La presente invención se refiere a la producción
de energía, y más particularmente, a un método y un aparato para
producir energía utilizando un fluido intermediario.
Recientemente, la producción de energía y/o
electricidad y/o calor a partir de fuentes de calor, por ejemplo
calor de desecho de las turbinas de gas, calor de desecho de otros
procesos industriales, combustión de determinados combustibles,
etc. ha pasado a ser más importante.
De acuerdo con la invención descrita en la
Patente U.S. Nº 5.860.279, un fluido en caliente es enfriado
mediante la transferencia de calor de dicho fluido en caliente a un
refrigerante líquido para vaporizar dicho refrigerante líquido. El
refrigerante líquido es utilizado para realizar trabajo desplazando
una masa de aire ambiente. El refrigerante vaporizado, una vez que
se ha extraído dicho trabajo, es condensado mediante la
transferencia de calor hacia la masa en movimiento de aire ambiente.
Preferentemente, se utiliza un intercambiador de calor indirecto
para producir refrigerante vaporizado utilizando el fluido en
caliente y se utiliza una turbina para producir trabajo utilizando
dicho refrigerante vaporizado. Puede acoplarse un ventilador
directamente al eje de salida de dicha turbina acoplando aspas de
ventilador para producir el flujo de la masa de aire ambiente como
respuesta al funcionamiento de dicha turbina.
La patente U.S. Nº 5.704.209 da a conocer un
sistema de turbina de gas energizado externamente que de acuerdo
con la invención descrita tiene un compresor para comprimir aire
del ambiente y producir aire comprimido, un intercambiador de
calor de aire para calentar el aire comprimido y producir aire
comprimido en caliente, una turbina para expandir el aire
comprimido en caliente para producir aire expandido, y un generador
conectado a una turbina para generar electricidad. En una
realización, se incluye una planta productora de energía accionada
por vapor en ciclo de Rankine cerrado en la que el vapor expandido
suministrado al condensador de vapor es enfriado mediante
condensado de fluido orgánico y el condensado de vapor resultante
es suministrado a un intercambiador de calor de agua. El
condensado de fluido orgánico suministrado al condensador de vapor
es precalentado de esta manera y entonces suministrado al
vaporizador de fluido orgánico de una planta productora de energía
accionada por fluido orgánico en ciclo de Rankine.
No siempre es simple producir energía y/o
electricidad a partir de dichas fuentes. Además, los niveles de
alta eficiencia no siempre son fáciles de lograr cuando la energía
es producida a partir de dichas fuentes de calor locales. Esto es
especialmente el caso cuando el agua no está disponible de forma
instantánea o cuando puede producirse el congelamiento y
consecuentemente el vacío en el sistema de producción de energía
debe minimizarse para impedir que el aire entre en dicho
sistema.
Por lo tanto, es un objetivo de la presente
invención dar a conocer un método y un aparato nuevos y mejorados
para producir energía en el que las desventajas descritas
anteriormente queden reducidas o sustancialmente superadas.
El método para producir energía a partir de una
fuente de calor de acuerdo con la presente invención comprende las
etapas de: calentar un fluido intermediario con calor de dicha
fuente de calor y producir un fluido intermediario vaporizado en un
dispositivo vaporizador/calentador de fluido intermediario. El
calor de dicho fluido intermediario vaporizado es utilizado para
vaporizar un fluido de trabajo líquido y orgánico en un dispositivo
vaporizador de fluido orgánico para conformar un fluido de trabajo
orgánico y vaporizado, y un condensado de fluido intermediario. De
acuerdo con la presente invención, antes de suministrar dicho
fluido intermediario vaporizado a dicho dispositivo vaporizador de
fluido orgánico, dicho fluido intermediario vaporizado es expandido
en una turbina de vapor de fluido intermediario y se produce
energía. El fluido de trabajo orgánico y vaporizado es expandido en
una turbina de vapor orgánico para generar energía y producir el
fluido de trabajo orgánico, vaporizado y expandido; el fluido de
trabajo vaporizado, orgánico y expandido es condensado para
producir un condensado de fluido orgánico; y el condensado de
fluido orgánico es suministrado al dispositivo vaporizador de
fluido orgánico. El condensado de fluido intermediario es
suministrado al dispositivo calentador/vaporizador de fluido
intermediario. El fluido intermediario comprende un fluido de
transferencia de calor alquilado y orgánico. De manera más
preferente, el fluido intermediario es un fluido de transferencia
de calor aromático, alquilado y
sintético.
sintético.
Además, la presente invención incluye un aparato
para producir energía a partir de una fuente de calor que
comprende: un dispositivo calentador/vaporizador de fluido
intermediario que vaporiza dicho fluido intermediario con calor
tomado de dicha fuente de calor y produciendo un fluido
intermediario vaporizado y un dispositivo vaporizador de fluido
orgánico que vaporiza un fluido de trabajo líquido y orgánico con
calor tomado de dicho fluido intermediario vaporizado para
conformar un fluido de trabajo orgánico y vaporizado, y un
condensado de fluido intermediario. De acuerdo con la presente
invención, una turbina de vapor orgánico expande el fluido de
trabajo orgánico y vaporizado, y genera energía y produce fluido de
trabajo orgánico, vaporizado y expandido, y un dispositivo
condensador de fluido orgánico condensa dicho fluido de trabajo
vaporizado, orgánico y expandido para producir un condensado de
fluido orgánico. Dicho condensador de fluido orgánico es
suministrado al dispositivo vaporizador de fluido orgánico. De
acuerdo con la presente invención, una turbina de vapor de fluido
intermediario expande dicho fluido intermediario vaporizado antes
de suministrarlo a dicho dispositivo vaporizador de fluido
orgánico, de manera que dicha turbina de vapor de fluido
intermediaria produce energía. Una bomba suministra el condensado de
fluido intermediario al dispositivo calentador/vaporizador de fluido
intermediario. El fluido intermediario comprende un fluido de
transferencia de calor alquilado y orgánico. De manera más
preferente, el fluido intermediario es un fluido de transferencia
de calor aromático, alquilado y sintético.
Las realizaciones de la presente invención son
descritas a modo de ejemplo haciendo referencia a los dibujos
adjuntos, en los que:
La figura 1 es un diagrama esquemático del
aparato para producir energía de acuerdo con una realización de la
presente invención;
La figura 2 es un diagrama esquemático del
aparato para producir energía de acuerdo con otra realización de la
presente invención;
La figura 3 es un diagrama esquemático del
aparato para producir energía de acuerdo con una realización
adicional de la presente invención;
La figura 4 es un diagrama esquemático del
aparato para producir energía de acuerdo con una realización
adicional de la presente invención; y
la figura 5 es un diagrama esquemático del
aparato para producir energía de acuerdo con aún otra realización
adicional de la presente invención.
La figura 6 es un diagrama esquemático del
aparato para producir energía de acuerdo con otra realización
adicional de la presente invención. Todas las realizaciones
mencionadas anteriormente, por supuesto, están
interrelacionadas.
Los números y denominaciones de referencia
similares en los distintos dibujos hacen referencia a elementos
similares.
Haciendo referencia ahora a la figura 1, el
número de referencia (10) designa una realización del aparato para
producir energía de acuerdo con la presente invención. Tal como
puede verse en el dibujo, el aparato comprende un dispositivo
calentador/vaporizador (12) de fluido intermediario a través del
cual se produce fluido intermediario vaporizado utilizando calor
tomado de la fuente de calor (13), por ejemplo utilizando calor
contenido en gases en caliente, etc. El fluido intermediario
vaporizado es suministrado al vaporizador de fluido de trabajo
orgánico (22) en el que es condensado mediante la transferencia de
calor al fluido orgánico presente en el vaporizador, de manera que
se produce un fluido orgánico vaporizado. El condensado de fluido
intermediario producido es devuelto al calentador/vaporizador de
fluido intermediario (12) utilizando una bomba (19). El fluido
orgánico vaporizado es suministrado a una turbina de vapor orgánico
(24) en la que se expande y produce energía. Preferentemente, un
generador (26) es accionado mediante dicha turbina de vapor
orgánico (24) y produce electricidad. El fluido orgánico vaporizado
y expandido que sale de la turbina de vapor orgánico (24) es
suministrado al condensador de fluido orgánico (28), produciéndose
el condensado de fluido orgánico. Una bomba (30) suministra el
condensado de fluido orgánico que sale del dispositivo condensador
de fluido orgánico (28) al vaporizador de fluido orgánico de trabajo
(22). De acuerdo con la presente invención, antes de suministrar al
vaporizador de fluido intermediario vaporizado (22), el fluido
intermediario vaporizado es suministrado a la turbina de fluido
intermediario (16) en la que dicho fluido intermediario vaporizado
se expande y produce energía. También en este momento y de manera
preferente, la turbina de fluido intermediario (16) acciona un
generador (18) que produce electricidad.
Durante el funcionamiento, el fluido
intermediario presente en el vaporizador de fluido intermediario
(12) extrae el calor de la fuente de calor (13), por ejemplo gases
en caliente, y se produce el vapor de fluido intermediario.
Preferentemente, el vapor de fluido intermediario es suministrado a
la turbina de fluido intermediario (16) y se expande en su interior
produciendo energía y el vapor de fluido intermediario expandido
sale de la turbina de fluido intermediario (16). Dado que,
preferentemente, el generador (18) está acoplado a la turbina de
fluido intermediario (16), se produce electricidad. El vapor de
fluido intermediario expandido que sale de la turbina de fluido
intermediario (16) es suministrado mediante una línea o conducto
(20) al vaporizador de fluido de trabajo orgánico (22). El fluido
de trabajo orgánico presente en el vaporizador de fluido de
trabajo orgánico (22) enfría el vapor de fluido intermediario
expandido y el condensado de fluido intermediario además de
producir fluido de trabajo orgánico y vaporizado. El condensado de
fluido intermediario es suministrado utilizado la bomba (19) al
vaporizador de fluido intermediario (12). El fluido de trabajo
orgánico y vaporizado es suministrado a la turbina de fluido de
trabajo orgánico (24) en la que se expande y produciendo energía.
El vapor de fluido de trabajo orgánico y expandido sale de la
turbina de fluido de trabajo orgánico (24). Preferentemente, la
turbina de fluido de trabajo orgánico (24) es acoplada a un
generador (26) y se produce electricidad. El vapor de fluido de
trabajo orgánico y expandido es suministrado al dispositivo
condensador de fluido de trabajo orgánico (28) que preferentemente
es refrigerado por aire y se produce condensado de fluido de
trabajo orgánico. La bomba (30) suministra condensado de fluido de
trabajo orgánico al vaporizador de fluido de trabajo orgánico
(22).
El fluido intermediario comprende un fluido de
transferencia de calor alquilado y orgánico. De manera más
preferente, el fluido intermediario es un fluido de transferencia
de calor aromático, alquilado y sintético. El fluido intermediario
preferente resulta ventajoso dado que su utilización evita los
problemas de congelamiento, funciona sin estar en condiciones de
vacío y no necesita tratamiento. El agua frecuentemente necesita
tratamiento cuando es utilizada como fluido intermediario.
Preferentemente, el fluido de transferencia de calor aromático,
alquilado y sintético resulta útil en un rango de temperaturas
relativamente alto: temperatura de vaporización entre 250ºC y
315ºC, aproximadamente. A dichas temperaturas, la presión del
fluido intermediario está entre 495 kPA y 1560 kPA, aproximadamente.
Las presiones relativamente bajas mencionadas anteriormente hacen
que este tipo de fluido sea particularmente apropiado para ser
utilizado en la presente invención. Frecuentemente, la temperatura
de condensación del fluido intermediario del lado de fluido
intermediario del vaporizador de fluido de trabajo orgánico (22)
preferentemente estará dentro del rango entre 190ºC y 140ºC,
aproximadamente, pero puede ser mucho menor en caso de que sea
necesario. Además, la utilización de este tipo de fluido
intermediario como medio de transferencia de calor a partir de una
fuente de calor hacia el fluido de trabajo orgánico y también para
producir energía a partir del fluido intermediario aumenta la
eficiencia del sistema de producción de energía en su totalidad.
Preferentemente, el fluido de trabajo orgánico comprende pentano,
tanto n-pentano o isopentano.
Además, si así se prefiere, el ciclo (I) de
producción de energía mediante el fluido orgánico puede incluir un
precalentador, un supercalentador y un recuperador. Además, si así
se prefiere, los generadores (18) y (26) pueden ser reemplazados
por un solo generador común accionado por las turbinas (16) y (24)
utilizando extremos de eje dobles en el caso de un solo generador
común o a través de una transmisión de engranajes. De manera más
preferente, el generador común es dispuesto entre las turbinas (16)
y (24).
Además, el condensado de fluido intermediario
producido en el vaporizador de fluido de trabajo orgánico (22)
puede ser utilizado para precalentar el fluido de trabajo orgánico
antes de que entre en el vaporizador de fluido de trabajo orgánico.
Además, si así se prefiere, el ciclo de fluido intermediario puede
incluir un recuperador. Un ejemplo de dicho ciclo se muestra en la
figura 2, en la que el número de referencia (10A) designa otra
realización de la presente invención y en la actualidad se
considera la mejora manera de llevar a cabo la presente invención.
Tal como puede verse en la figura, el número (21) designa un
recuperador de fluido intermediario en el que el calor es
transferido desde el vapor de fluido intermediario expandido que
sale de la turbina de fluido intermediario (16) hasta el condensado
de fluido intermediario suministrado por la bomba (19A) desde el
lado de fluido intermediario del vaporizador de fluido de trabajo
orgánico (22). En esta realización, la parte del condensado de
fluido intermediario caliente que sale del recuperador de fluido
intermediario (21) es suministrada al precalentador de fluido
orgánico (23) para precalentar el fluido de trabajo orgánico (22)
antes de suministrarlo al vaporizador de fluido de trabajo orgánico
(22). Una parte adicional del condensado de fluido intermediario
caliente que sale del recuperador de fluido intermediario (21) es
suministrada al vaporizador de fluido intermediario (12). Además,
en esta realización el recuperador de fluido de trabajo orgánico
(27) es incluido y es utilizado para transferir calor desde al
vapor de fluido de trabajo orgánico y expandido que sale de la
turbina de fluido de trabajo orgánico (24) al condensado de fluido
de trabajo orgánico suministrado por la bomba (30A) a partir del
condensador de fluido de trabajo orgánico (28). El condensado de
fluido de trabajo orgánico calentado que sale del recuperador de
fluido de trabajo orgánico (27) es suministrado al precalentador de
fluido de trabajo orgánico (23). Además de dichos elementos
previamente mencionados haciendo referencia a la presente
realización descrita haciendo referencia a la figura 2, la presente
realización es similar a la realización descrita haciendo
referencia a la figura 1, y también funciona de forma similar.
Haciendo ahora referencia a la figura 3, el
número de referencia (10B) designa una realización adicional de la
presente invención. En esta realización, de manera preferente, en
lugar de suministrar todo el vapor expandido del fluido
intermediario que sale de la turbina de fluido intermediario (16)
al vaporizador de fluido de trabajo orgánico (22), puede
suministrarse sólo una parte de dicho vapor expandido de fluido
intermediario al vaporizador de fluido de trabajo orgánico (22). La
otra parte del vapor expandido de fluido intermediario puede ser
suministrada a una carga térmica (32) apropiada. La carga térmica
(32) extrae el calor requerido de la otra parte del vapor expandido
de fluido intermediario y preferentemente produce condensado de
fluido intermediario que es devuelto al vaporizador de fluido
intermediario (12) utilizando la bomba (34).
Volviendo ahora a la figura 4, el número de
referencia (10C) designa una realización adicional de la presente
invención. En esta realización, si así se prefiere, puede
suministrarse otra carga térmica (42) con el calor del condensado
de fluido intermediario o parte del mismo que sale del vaporizador
de fluido de trabajo orgánico (22). El condensado de fluido
intermediario cuya reserva de calor ha sido agotada, que procede de
otra carga térmica (42) es suministrado, utilizando la bomba (44),
al calentador/vaporizador de fluido intermediario (12).
En la figura 5, el numeral (10D) designa aún
otra realización de la presente invención. En esta realización, el
ciclo de producción de energía mediante fluido orgánico es
eliminado y se utiliza simplemente el ciclo de producción de
energía intermedio (50) para producir energía y suministrar la
carga térmica (52).
Haciendo referencia ahora a la figura 6, el
número de referencia (10E) designa aún otra realización adicional
de la presente invención en la que se muestra un ejemplo adicional
de un ciclo que incluye un recuperador en el ciclo de fluido
intermediario. Tal como puede verse a partir de la figura, el
número de referencia (21E) designa un recuperador de fluido
intermediario en el que el calor es transferido desde el vapor de
fluido intermediario expandido que sale de la turbina de fluido
intermediario (16E) hacia el condensado de fluido intermediario
suministrado por la bomba (19E) a partir del fluido intermediario o
parte de recubrimiento exterior del vaporizador de fluido de
trabajo orgánico (22E). En esta realización, parte del condensado
de fluido intermediario que sale del lado del fluido intermediario
del vaporizador de fluido de trabajo orgánico (22E) es suministrado
al precalentador de fluido orgánico (23E) para precalentar el
fluido de trabajo orgánico antes de suministrarlo al vaporizador de
fluido de trabajo orgánico (22E). Otra parte del condensado de
fluido intermediario que sale del lado del fluido intermediario del
vaporizador de fluido de trabajo orgánico (22E) es suministrado al
recuperador de fluido intermediario (21E). En la presente
realización, el calor de la fuente térmica (13E) es añadido al
condensado de fluido intermediario que sale del precalentador
orgánico (23E). Consecuentemente, el calor transferido desde el
condensado de fluido intermediario al fluido de trabajo orgánico en
el precalentador (23E) permite que se extraiga más calor de la
fuente térmica (13E). Además, en esta realización el recuperador de
fluido de trabajo orgánico (27E) es incluido y es utilizado para
transferir calor desde el vapor de fluido de trabajo orgánico que
sale de la turbina de fluido de trabajo orgánico (24E) hacia el
condensado de fluido de trabajo orgánico suministrado por la bomba
(30E) a partir del dispositivo condensador de fluido de trabajo
orgánico (28E). El condensado de fluido de trabajo orgánico en
caliente que sale del recuperador de fluido de trabajo orgánico
(27E) es suministrado al precalentador de fluido de trabajo
orgánico (23E). Además de dichos elementos previamente mencionados
haciendo referencia a la presente realización descrita haciendo
referencia a la figura 6, esta realización es similar a la
realización descrita con referencia a la figura 1 y también
funciona de manera similar.
En ciertas circunstancias, todo el fluido
intermediario que sale del lado del fluido intermediario del
vaporizador de fluido de trabajo orgánico (23E) puede ser
suministrado al precalentador de fluido de trabajo orgánico (23E).
A continuación, el fluido intermediario refrigerado que sale del
precalentador de fluido de trabajo (23E) puede ser suministrado a
la fuente térmica (13E), siendo suministrado el fluido
intermediario en caliente que sale de la fuente térmica (13E) al
recuperador de fluido intermediario (21E).
Preferentemente, el fluido de trabajo orgánico
para esta realización y todas las realizaciones mencionadas en el
presente documento comprenden pentano, es decir, isopentano y
n-pentano.
En la figura 6, el generador (18E)
preferentemente es compartido por la salida de la turbina
intermedia (16E) y la turbina de fluido de trabajo orgánico (24E).
Esto se debe a que la turbina intermedia (16E) puede funcionar de
forma eficiente a bajas revoluciones (1500-1800
RPM), permitiendo que sea acoplada directamente al generador (18E)
cuya velocidad de rotación también es relativamente baja
(1500-1800 RPM). De forma similar, la velocidad de
rotación de la turbina de fluido de trabajo orgánico (24E) también
puede ser relativamente baja (1500-1800 RPM),
permitiendo que sea acoplada directamente al generador (18E). Por
lo tanto, el generador (18E) está dispuesto entre la turbina de
fluido intermediario (16E) y la turbina de fluido de trabajo
orgánico (24E). Sin embargo, si así se prefiere, pueden disponerse
generadores separados.
Además, preferentemente, la realización descrita
haciendo referencia a la figura 6 comprende dos entidades
separadas, una unidad de fuente térmica o generador de vapor por
recuperación de calor (40E) y una unidad de ciclo de producción de
energía (50E).
El generador de vapor por recuperación de calor
(40E) es un calentador/vaporizador de un paso que comprende los
conjuntos y estructuras de calentador, conductos de gases de
escape, válvula de desviación y actuadores, columna de escape y
columna de derivación. El propósito del subsistema de adquisición
de calor es: a) dirigir y controlar/medir el calor de desecho de
las turbinas de gas hacia el generador de vapor por recuperación de
calor utilizando la válvula de desviación; b) convertir el calor
contenido en los gases de combustión en vapor; y c) descartar los
gases de combustión refrigerados hacia la atmósfera utilizando una
columna de escape adicional (11E).
El generador de vapor por recuperación de calor
(40E) es un intercambiador de calor por conducto/tubería en el que
el fluido intermediario o aceite térmico, que fluye en los tubos,
es calentado y vaporizado por los gases de combustión que fluyen
por el lado del recubrimiento exterior. Una vez enfriados, los
gases de combustión son desechados a la atmósfera a través de la
columna de escape (11E). El calentamiento y vaporización se produce
con un diseño de calentador de una fase. Este fluido intermediario
o vapor de aceite térmico deja al generador de vapor por
recuperación de calor (40E) ligeramente húmedo. El vapor húmedo es
dirigido hacia un separador en el cual se elimina la humedad
mediante un separador de gravedad. El vapor en seco, que sale de la
parte superior del separador, es dirigido a la turbina superior o
de fluido intermediario (16E). El fluido intermediario líquido o
aceite térmico, que sale de la parte inferior del separador, es
devuelto al generador de vapor por recuperación de calor. El fluido
intermediario separado en seco o vapor de aceite térmico dirigido a
la turbina de fluido intermediario (16E) es expandido hasta una
presión más baja. La turbina superior o de fluido intermediario
(16E), además de la turbina inferior o de fluido de trabajo orgánico
(24E), son turbinas de impulso, axiales y de etapas múltiples (2 ó
3 etapas) preferentemente conectadas directamente a los extremos
opuestos del generador (18E), tal como se muestra en las figuras.
Dado que el fluido intermediario o aceite térmico es un fluido a
base de hidrocarburos (como el pentano), la geometría y trayectoria
de flujo de la turbina de fluido intermediario (16E) recuerda la de
la turbina de fluido de trabajo orgánico (24E).
Tal como se ha mencionado anteriormente en el
presente documento, el fluido intermediario de la realización
mostrada en la figura 6 comprende un fluido de transferencia de
calor alquilado y orgánico. Más preferentemente, el fluido
intermediario es un fluido de transferencia de calor aromático,
alquilado y sintético. A pesar de que todos los fluidos de dichas
clases de fluidos pueden ser utilizados como fluido intermediario
de acuerdo con la presente invención, los ejemplos más preferentes
de fluido intermediario en la actualidad con los aceites térmicos
Therminol LT y Dowtherm J. Therminol LT es el nombre comercial para
el fluido aromático con sustituyente de alquilo de Solutia Company,
con central en Bélgica. Dowtherm J, por otro lado, es el nombre
comercial para una mezcla de isómeros de un fluido aromático
alquilado de Dow Chemical Company, con central en U.S.A. Los
fluidos tales como el Therminol LT y el Dowtherm J son estables a
temperaturas cercanas a los 340ºC y por lo tanto son capaces de
utilizar mejor la parte con alta temperatura del calor de desecho
de la turbina de gas de manera más eficiente que el pentano. Otros
ejemplos más preferentes de fluidos intermediarios son isómeros de
dietilbenceno y mezclas de isómeros también de butilbenceno.
Se debe observar que el fluido intermediario
indicado anteriormente en el presente documento puede ser utilizado
para todas las realizaciones mencionadas.
Ejemplos de fuentes de calor a partir de las
cuales la presente invención puede extraer calor son el calor de
desecho de turbinas de gas, el calor de desecho de otros procesos
industriales, calor de desecho producido en la fabricación de
cemento y en la industria de fabricación de cemento, el calor
producido por la combustión de combustible de biomasa, etc.
Además, a pesar de que este documento hace
referencia al ciclo de transferencia de calor utilizando un fluido
intermediario, es posible considerar, de acuerdo con la presente
invención, el ciclo que utiliza el fluido intermediario como un
ciclo superior con el ciclo de fluido de trabajo orgánico como un
ciclo inferior.
Además, a pesar de que las realizaciones de la
presente invención dan a conocer la utilización de generadores (18)
o (26), o la utilización de un generador común para producir
electricidad, de acuerdo con la presente invención, la energía
producida por las turbinas (16) y (24), o por cualquiera de las
mismas, puede ser utilizada como energía mecánica. De este modo,
por ejemplo, pueden funcionar como un compresor, otro tipo de
cargas, etc.
A pesar de que se ha mencionado anteriormente en
el presente documento que el fluido de trabajo orgánico preferente
es el pentano, es decir, isopentano y n-pentano,
otros fluidos tales como el butano y el isobutano, hexano e
isohexano, además de otros fluidos tal como hidrocarburos, por
ejemplo parafinas alifáticas en forma normal o isomérica, pueden
ser utilizados como fluido de trabajo para la presente invención y
sus realizaciones. Además, pueden utilizarse mezclas de los fluidos
anteriormente mencionados como fluidos de trabajo para la presente
invención y sus realizaciones anteriormente descritas.
Además, debe indicarse que los medios
mencionados en la presente descripción hacen referencia a medios
apropiados para llevar a cabo la presente invención.
Además, debe remarcarse que la presente
invención incluye también un método para hacer funcionar el aparato
dado a conocer con referencia a las figuras adjuntas.
Se cree que las ventajas y resultados mejorados
logrados por el método y aparato de la presente invención resultan
evidentes a partir de la descripción de la presente invención.
Numerosos cambios y modificaciones pueden llevarse a cabo sin salir
del alcance de la presente invención tal como queda definida en las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (4)
1. Método para producir energía a partir de una
fuente térmica utilizando un fluido intermediario para transferir
calor desde dicha fuente térmica hacia un fluido de trabajo
orgánico, que comprende las etapas de:
a) calentar un fluido intermediario con calor
obtenido a partir de dicha fuente térmica (13) y producir un fluido
intermediario vaporizado en un dispositivo calentador/vaporizador
de fluido intermediario (12);
b) vaporizar un fluido de trabajo líquido y
orgánico con el calor obtenido a partir del fluido intermediario
vaporizado en un dispositivo vaporizador de fluido orgánico (22)
para conformar un fluido de trabajo orgánico vaporizado y un
condensado de fluido intermediario;
c) expandir dicho fluido intermediario
vaporizado en una turbina de vapor de fluido intermediario (16)
para producir energía antes de suministrar dicho fluido
intermediario vaporizado a dicho dispositivo vaporizador de fluido
orgánico (22);
d) expandir dicho fluido de trabajo orgánico y
vaporizado en una turbina de vapor orgánico (24) para generar
energía y producir fluido de trabajo orgánico vaporizado;
e) condensar dicho fluido de trabajo vaporizado
orgánico expandido para producir un condensador de fluido orgánico;
y
f) suministrar el condensado de fluido orgánico
al dispositivo vaporizador de fluido orgánico (22)
caracterizado porque el fluido
intermediario es un fluido de transferencia de calor aromático,
alquilado y sintético.
2. Método, según la reivindicación 1, en el que
dicho condensado de fluido intermediario es suministrado a dicho
dispositivo calentador/vaporizador de fluido intermediario
(12).
3. Aparato para producir energía a partir de una
fuente térmica (13), que tiene un ciclo de fluido intermediario que
comprende un dispositivo vaporizador de fluido intermediario (12),
una turbina de fluido intermediario (16) y un dispositivo
condensador de fluido intermediario (22), caracterizado
por:
a) un dispositivo calentador/vaporizador de
fluido intermediario (12) que calienta y vaporiza el fluido
intermediario utilizando el calor obtenido a partir de dicha fuente
térmica (13) y produce un fluido intermediario vaporizado;
b) un dispositivo vaporizador de fluido orgánico
(22) que vaporiza un fluido de trabajo líquido orgánico utilizando
el calor obtenido del fluido intermediario vaporizado para
conformar un fluido de trabajo orgánico vaporizado y un condensado
de fluido intermediario;
c) una turbina de vapor de fluido intermediario
(16) que expande dicho fluido intermediario vaporizado antes de
suministrarlo a dicho dispositivo vaporizador de fluido orgánico
(22), de manera que dicha turbina de vapor de fluido intermediario
(16) produce energía;
d) una turbina de vapor orgánico (24) que
expande dicho fluido de trabajo orgánico vaporizado y genera
energía y produce fluido de trabajo orgánico vaporizado
expandido;
e) un dispositivo condensador de fluido orgánico
(28) que condensa dicho fluido de trabajo orgánico vaporizado y
expandido para producir un condensado de fluido de trabajo
orgánico, de manera que el condensado de fluido de trabajo orgánico
es suministrado al dispositivo vaporizador de fluido de trabajo
orgánico,
caracterizado porque dicho fluido
intermediario es un fluido de transferencia de calor aromático,
alquilado y sintético.
4. Aparato, según la reivindicación 3, que
incluye una bomba (19) para suministrar dicho condensado de fluido
intermediario hacia dicho dispositivo calentador/vaporizador de
fluido intermediario (12).
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