ES2301229T3 - Metodo y aparato de conversion del calor en energia util. - Google Patents
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Abstract
Un método para la implementación de un ciclo termodinámico que comprende: el calentamiento de una corriente de trabajo (117-17), que incluye un componente con un punto de ebullición bajo y un componente con un punto de ebullición más alto, con una fuente de calor externo (25-26) con el fin de proporcionar una corriente de trabajo gaseosa calentada (19); la separación de la mencionada corriente de trabajo gaseosa calentada (19) en un primer separador (S) para proporcionar una corriente rica gaseosa calentada (30) que posea una proporción relativamente mayor del mencionado componente con un punto de ebullición bajo y una corriente pobre (7) que posea una proporción relativamente menor del mencionado componente con un punto de ebullición bajo; la expansión de la mencionada corriente rica gaseosa calentada (30) para transformar la energía de la corriente en una energía útil y proporcionar una corriente rica agotada y expandida (34); y la combinación de la mencionada corriente pobre (7) y la mencionada corriente rica agotada y expandida (34) para proporcionar la mencionada corriente de trabajo (117-17); en el que, después de la mencionada combinación y antes del mencionado calentamiento con dicha fuente externa de calor, la mencionada corriente de trabajo se condensa al transferir calor a una fuente de temperatura baja en un primer intercambiador de calor (HE-1) y dicha corriente de trabajo se bombea posteriormente a una mayor presión (21); y que comprende además la transferencia, en un segundo intercambiador de calor (HE-2), del calor de la mencionada corriente de trabajo, con anterioridad a la condensación de la corriente de trabajo, a dicha corriente de trabajo después de que se haya bombeado la misma a la mencionada presión más alta (21) y antes del calentamiento con la fuente externa de calor (25-26) mencionada anteriormente.
Description
Método y aparato de conversión del calor en
energía útil.
Esta invención se refiere a la implementación de
un ciclo termodinámico que convierte calor en una energía útil.
Es posible convertir energía térmica de forma
beneficiosa en energía mecánica y, posteriormente, eléctrica. Los
métodos para convertir la energía térmica procedente de fuentes de
calor de baja temperatura en energía eléctrica representan un área
importante de la producción de energía. Es necesario incrementar la
eficacia de la conversión del mencionado calor de baja temperatura
en energía eléctrica.
Se puede transformar la energía térmica
procedente de una fuente de calor en energía mecánica y,
posteriormente, eléctrica, utilizando un fluido de trabajo que se
expande y regenera en un sistema cerrado que opera en un ciclo
termodinámico. El fluido de trabajo puede incluir componentes con
diferentes temperaturas de ebullición y se puede modificar la
composición del fluido de trabajo en diferentes sitios dentro del
sistema para mejorar la eficacia de la operación. Se describen
sistemas que convierten calor de baja temperatura en energía
eléctrica en las patentes estadounidenses de Alexander I. Kalina nº
4.346.561, 4.489.563, 4.982.568 y 5.029.444. Adicionalmente, se
describen sistemas con fluidos de trabajo de varios componentes en
las patentes estadounidenses de Alexander I. Kalina nº 4.548.043,
4.586.340, 4.604.867, 4.732.005, 4.763.480, 4.899.545, 5.095.708,
5.440.882, 5.572.871 y 5.649.426, las cuales se incorporan a este
documento como referencias. Asimismo, en la patente estadounidense
US-4573321 se divulga un proceso de múltiples fases
para generar energía a partir de una fuente de flujo térmico.
En la patente
EP-A-649985 se divulga un generador
de energía para producir energía eléctrica a partir de una fuente
de alta potencia en vatios y una fuente baja de calor; y
en la patente US-756162 se
divulga un método para el uso de energía calorífica sensible
suministrada por un fluido de calentamiento de alta temperatura para
la generación de energía.
Esta invención se refiere en líneas generales a
un método y sistema para la implementación de un ciclo
termodinámico.
De conformidad con una modalidad de la
invención, se suministra un método para la implementación de un
ciclo termodinámico que comprende:
el calentamiento de una corriente de trabajo,
que incluye un componente con un punto de ebullición bajo y un
componente con un punto de ebullición más alto, con una fuente de
calor externo con el fin de proporcionar una corriente de trabajo
gaseosa calentada;
la separación de la mencionada corriente de
trabajo gaseosa calentada en un primer separador para proporcionar
una corriente rica gaseosa calentada que posea una proporción
relativamente más alta del mencionado componente con punto de
ebullición bajo y una corriente pobre que posea una proporción
relativamente más baja del mencionado componente con punto de
ebullición bajo;
la expansión de la mencionada corriente rica
gaseosa calentada para transformar la energía de la corriente en
una energía utilizable y proporcionar una corriente rica agotada y
expandida; y
la combinación de la mencionada corriente pobre
y la mencionada corriente rica agotada y expandida para
proporcionar la mencionada corriente de trabajo;
en el que, después de la mencionada combinación
y antes del mencionado calentamiento con la mencionada fuente
externa de calor, se condensa la mencionada corriente de trabajo al
transferir calor a una fuente de temperatura baja en un primer
intercambiador de calor, bombeándose posteriormente la mencionada
corriente de trabajo a una presión más alta; y
que también comprende la transferencia, en un
segundo intercambiador de calor, del calor de la mencionada
corriente de trabajo, antes de que la mencionada corriente de
trabajo sea condensada, a la mencionada corriente de trabajo
después de que se haya bombeado la corriente de trabajo a la
mencionada presión más alta y antes del calentamiento con la
mencionada fuente externa de calor.
El método de la invención en algunas modalidades
comprende además:
un método para la implementación de un ciclo
termodinámico;
la división de la mencionada corriente de
trabajo en una primera subcorriente de trabajo y una segunda
subcorriente de trabajo, y en el que el mencionado calentamiento de
una corriente de trabajo incluye el calentamiento de la primera
subcorriente de trabajo con la mencionada fuente externa de calor
para proporcionar una primera subcorriente de trabajo calentada y
posteriormente combinar dicha primera subcorriente de trabajo
calentada con la mencionada segunda subcorriente de trabajo con el
fin de proporcionar la corriente de trabajo gaseosa calentada
anteriormente mencionada.
De acuerdo con una segunda modalidad de la
invención, se proporciona un aparato para implementar un ciclo
termodinámico que comprende:
un calentador que calienta una corriente de
trabajo - incluidos un componente con punto de ebullición bajo y un
componente con punto de ebullición más alto - con una fuente de
calor externo para proporcionar una corriente de trabajo gaseosa
calentada;
un primer separador conectado para recibir la
mencionada corriente de trabajo gaseosa calentada y producir una
corriente rica gaseosa calentada que posea una proporción
relativamente más alta del mencionado componente con punto de
ebullición bajo y una corriente pobre que posea una proporción
relativamente más baja del mencionado componente con punto de
ebullición bajo;
un expansor que está conectado para recibir la
mencionada corriente rica gaseosa calentada, transformar la energía
de la corriente a energía utilizable y producir una corriente rica
agotada y expandida; y
una primera mezcladora de corrientes que está
conectada para combinar la mencionada corriente pobre y la
mencionada corriente rica agotada y expandida y producir la
mencionada corriente de trabajo; la salida de la mencionada
mezcladora de corrientes está conectada a la entrada del mencionado
calentador;
que también comprende un primer intercambiador
de calor y una bomba, los cuales están conectados entre la
mencionada primera mezcladora de corrientes y el mencionado
calentador; el mencionado primer intercambiador de calor condensa
la mencionada corriente de trabajo al transferir calor a una fuente
de baja temperatura y la mencionada bomba bombea posteriormente
dicha corriente de trabajo a una presión más alta; y
además comprende un segundo intercambiador de
calor conectado para transferir calor desde la mencionada corriente
de trabajo, antes de que se condense dicha corriente de trabajo, a
la mencionada corriente de trabajo después de que la misma haya sido
bombeada a la presión más alta con dicha bomba y antes de que se
produzca el calentamiento con la mencionada fuente externa de calor
en el mencionado calentador.
El aparato de la invención en algunas
modalidades comprende además:
un divisor de corrientes conectado para dividir
la mencionada corriente de trabajo, después del mencionado bombeado
con la bomba y antes del mencionado calentamiento con la fuente
externa de calor en el calentador, en una primera subcorriente de
trabajo y una segunda subcorriente de trabajo; el mencionado
calentador calienta la mencionada primera subcorriente de trabajo
para proporcionar una primera subcorriente de trabajo calentada.
Las modalidades específicas de la invención
pueden incluir una o más de las siguientes características. La
corriente de trabajo se condensa mediante la transferencia de calor
a una fuente de baja temperatura en un primer intercambiador de
calor y posteriormente se bombea a una presión más alta. La
expansión tiene lugar en una primera fase de expansión y una segunda
fase de expansión, extrayéndose una corriente de fluido
parcialmente expandido entre las fases y combinándose con la
corriente pobre. Un separador entre las fases del expansor separa un
fluido parcialmente expandido en partes de vapor y de líquido; una
porción o la totalidad de la parte de vapor es alimentada a la
segunda fase y una porción de la parte de vapor puede combinarse con
la parte de líquido y combinarse posteriormente con la corriente
pobre. Un segundo intercambiador de calor transfiere de forma
recuperativa calor desde la corriente de trabajo reconstituida de
varios componentes (antes de la condensación) a la corriente de
trabajo condensada de varios componentes a una mayor presión. Un
tercer intercambiador de calor transfiere calor de la corriente
pobre a la corriente de trabajo después del segundo intercambiador
de calor. La corriente de trabajo se divide en dos subcorrientes,
una calentada con el calor externo y la otra calentada en un cuarto
intercambiador de calor con el calor procedente de la corriente
pobre; a continuación se combinan las dos corrientes para
proporcionar la corriente de trabajo,gaseosa calentada que se separa
en el separador.
Las modalidades de la invención pueden tener una
o más de las siguientes ventajas. Las modalidades de la invención
pueden alcanzar una eficacia de conversión de calor de baja
temperatura a energía eléctrica que supera la eficacia de los ciclos
normales de Rankine.
Otras ventajas y características de la invención
quedarán aparentes en la siguiente descripción detallada de las
modalidades específicas y en las reivindicaciones.
Los dibujos que se adjuntan y las descripciones
de los mismos sirven para ilustrar la invención a través de
ejemplos. En los dibujos:
la Figura 1 es un diagrama de un sistema
termodinámico que convierte el calor procedente de una fuente de
baja temperatura en una energía útil;
la Figura 2 es un diagrama de otra modalidad del
sistema de la Figura 1 que permite que una corriente extraída y una
corriente completamente agotada tengan composiciones diferentes de
la corriente cargada de alta presión;
la Figura 3 es un diagrama de una modalidad
simplificada en la que no existe una corriente extraída;
la Figura 4 es un diagrama de otra modalidad
simplificada.
En la Figura 1 se muestra un sistema para la
implementación de un ciclo termodinámico con el fin de obtener
energía útil (por ejemplo, energía mecánica y posteriormente
eléctrica) a partir de una fuente externa de calor. En el ejemplo
descrito, la fuente externa de calor es una corriente de agua de
calor residual de baja temperatura que fluye en la trayectoria
descrita por los puntos 25-26, a través del
intercambiador de calor HE-5, y calienta la
corriente de trabajo 117-17 del ciclo termodinámico
cerrado. En la Tabla 1 se presentan las condiciones en los puntos
numerados que se indican en la Figura 1. En la Tabla 5 se presenta
una salida típica del sistema.
La corriente de trabajo del sistema de la Figura
1 es una corriente de trabajo de varios componentes que incluye un
componente con un punto de ebullición bajo y un componente con un
punto de ebullición alto. Este tipo de corriente de trabajo
preferida puede ser una mezcla de amoníaco/agua, dos o más
hidrocarburos, dos o más freones, mezclas de hidrocarburos y freones
o similares. En general, la corriente de trabajo puede ser mezclas
de cualquier número de compuestos con características
termodinámicas y solubilidad favorables. En una modalidad
especialmente preferida de la invención se utiliza una mezcla de
agua y amoniaco. En el sistema que se muestra en la Figura 1, la
corriente de trabajo posee la misma composición desde el punto 13
hasta el punto 19.
Iniciaremos el análisis del sistema de la Figura
1 en la salida de la turbina T, haciendo referencia a la corriente
en el punto 34 como la corriente rica, agotada y expandida. Esta
corriente es considerada "rica" en el componente con punto de
ebullición más bajo. La corriente se encuentra a una presión baja y
se mezclará con una corriente más pobre y absorbente que posee
parámetros como los del punto 12 con el fin de producir la corriente
de trabajo de composición intermedia con parámetros como los del
punto 13. Se considera que la corriente en el punto 12 es
"pobre" en su componente de punto de ebullición más bajo.
A cualquier temperatura determinada, la
corriente de trabajo (de composición intermedia) en el punto 13
puede condensarse a una presión más baja que la corriente más rica
en el punto 34. Ello permite extraer una cantidad mayor de energía
de la turbina T e incrementa la eficacia de este proceso.
La corriente de trabajo en el punto 13 se
encuentra parcialmente condensada. Esta corriente se introduce en
el intercambiador de calor HE-2, donde se enfría, y
sale del intercambiador de calor HE-2 con
parámetros como los del punto 29. La corriente se encuentra aún
condensada parcialmente, no totalmente. A continuación se introduce
en el intercambiador de calor HE-1, donde la
corriente 23-24 de agua refrigerante la enfría,
condensándola así completamente y llegando a los parámetros del
punto 14. A continuación, la corriente de trabajo que posee
parámetros como los del punto 14 es bombeada a una presión más alta,
alcanzando los parámetros del punto 21. La corriente de trabajo en
el punto 21 se introduce después en el intercambiador de calor
HE-2, en donde es calentada de forma recuperativa
por la corriente de trabajo en los puntos 13-29
(véase más arriba) hasta alcanzar los parámetros del punto 15. La
corriente de trabajo que tiene parámetros como los del punto l5 se
introduce en el intercambiador de calor HE-3, donde
es calentada y alcanza los parámetros del punto 16. En un diseño
típico, el punto 16 puede encontrarse precisamente en el punto de
ebullición, aunque ello no es imprescindible. La corriente de
trabajo en el punto 16 se divide en dos subcorrientes: la primera
subcorriente de trabajo (117) y la segunda subcorriente de trabajo
(118). Se envía la primera subcorriente de trabajo, que posee
parámetros como los del punto 117, al intercambiador de calor
HE-5, saliendo de este intercambiador con parámetros
como los del punto 17. La fuente externa de calor, corriente
25-26, calienta esta subcorriente. La otra
subcorriente, la segunda subcorriente de trabajo (118), se
introduce en el intercambiador de calor HE-4, en
donde es calentada de forma recuperativa, alcanzando los parámetros
del punto 18. Se combinan las dos subcorrientes de trabajo (17 y
18), que han salido de los intercambiadores de calor
HE-4 y HE-5, para formar una
corriente de trabajo gaseosa y calentada que posee parámetros como
los del punto 19. Esta corriente se encuentra en un estado de
vaporización parcial o posiblemente completa. En la modalidad
preferida, el punto 19 sólo está vaporizado de forma parcial. La
corriente de trabajo en el punto 19 posee la misma composición
intermedia que se produjo en el punto 13, es completamente
condensada en el punto 14, bombeada a alta presión en el punto 21 y
precalentada hasta el punto 15 y el punto 16. Esta corriente se
introduce en el separador (S), en donde es separada en un vapor
saturado rico, denominado la "corriente rica gaseosa
calentada" y que posee parámetros como los del punto 30, y un
líquido saturado pobre, denominado la "corriente pobre" y que
posee parámetros como los del punto 7. La corriente pobre (líquido
saturado) en el punto 7 se introduce en el intercambiador de calor
HE-4, en donde es enfriada mientras calienta la
corriente de trabajo 118-18 (véase más arriba). La
corriente pobre en el punto 9 sale del intercambiador de calor
HE-4 con parámetros como los del punto 8. Esta
corriente se reduce hasta alcanzar una presión elegida
adecuadamente, alcanzado parámetros como los del punto 9.
Si volvemos ahora al punto 30, la corriente rica
gaseosa calentada (vapor saturado) sale del separador (S). Esta
corriente se introduce en la turbina (T), donde se expande a
presiones más bajas, proporcionando energía mecánica útil a la
turbina (T) que se utiliza para generar electricidad. Se extrae una
corriente parcialmente expandida con parámetros como los del punto
32 de la turbina T a una presión intermedia (aproximadamente la
presión del punto 9) y se mezcla esta corriente extraída 32 (a la
que también se denomina "segunda parte" de una corriente rica
parcialmente expandida, habiéndose expandido adicionalmente la
"primera parte") con la corriente pobre en el punto 9 para
producir una corriente combinada que posee parámetros como los del
punto 10. La corriente pobre que posee parámetros como los del punto
9 actúa como una corriente absorbente para la corriente extraída
32. La corriente resultante (corriente pobre y segunda parte), que
posee parámetros como los del punto 10, se introduce en el
intercambiador de calor HE-3, en donde se enfría
mientras calienta la corriente de trabajo 15-16,
hasta llegar a un punto que posee parámetros como los del punto 11.
A continuación, la corriente que posee parámetros como los del punto
11 se reduce a la presión del punto 34, alcanzando los parámetros
del punto 12.
Si volvemos a la turbina (T), no se extrajo la
totalidad del flujo entrante en la turbina en el punto 32 en un
estado parcialmente expandido. El resto, al que se denomina la
primera parte, se expande hasta alcanzar una presión baja elegida
adecuadamente y sale de la turbina (T) en el punto 34, tras lo cual
el ciclo se cierra.
En la modalidad de la invención mostrada en la
Figura 1, la extracción en el punto 32 posee la misma composición
que las corrientes en los puntos 30 y 34. En la modalidad de la
Figura 2 se muestra la turbina como una primera fase de turbina
(T-1) y una segunda fase de turbina
(T-2). La corriente rica parcialmente expandida
abandona la fase de presión más alta (T-1) de la
turbina en el punto 31. En la Tabla 2 se presentan las condiciones
en los puntos numerados que se indican en la Figura 2. En la Tabla
6 se presenta la salida típica del sistema de la Figura 2.
Por lo que respecta a la Figura 2, la corriente
rica parcialmente expandida de la primera fase de turbina
(T-1) se divide en una primera parte en 33, que se
expande adicionalmente en la fase de turbina de presión más baja
(T-2), y una segunda parte en 32 que se combina con
la corriente pobre en el punto 9. La corriente rica parcialmente
expandida se introduce en el separador (S-2), en
donde se divide en una parte de vapor y una parte de líquido. Se
puede elegir la composición de la segunda parte en 32 para
optimizar su eficacia cuando se mezcla con la corriente en el punto
9. El separador (S-2) permite que la corriente (32)
sea tan pobre como el líquido saturado a la presión y temperatura
obtenidas en el separador (S-2); en ese caso, la
corriente 33 sería un vapor saturado en las condiciones obtenidas en
el separador (S-2). Si se modifica la cantidad de
mezcla en la corriente 133, es posible variar la cantidad de líquido
saturado y vapor saturado en la corriente 32.
Por lo que respecta a la Figura 3, esta
modalidad se diferencia de la modalidad de la Figura 1 en que se ha
omitido el intercambiador de calor HE-4 y no se
realiza la extracción de una corriente parcialmente expandida de la
fase de turbina. En la modalidad de la Figura 3, la corriente
caliente que sale del separador (S) es admitida directamente en el
intercambiador de calor HE-3. En la Tabla 3 se
presentan las condiciones en los puntos numerados que se indican en
la Figura 3. En la Tabla 7 se presenta una salida típica del
sistema.
Por lo que respecta a la Figura 4, esta
modalidad se diferencia de la modalidad de la Figura 3 en que se
omite el intercambiador de calor HE-2. En la Tabla 4
se presentan las condiciones en los puntos numerados que se indican
en la Figura 4. En la Tabla 8 se presenta una salida típica del
sistema. Aunque al omitir el intercambiador de calor
HE-2 se reduce la eficacia del proceso, esta acción
puede ser aconsejable desde un punto de vista económico en aquellas
circunstancias en las que el aumento de energía que se obtendría no
justifica el coste del intercambiador de
calor.
calor.
En general, se puede utilizar un equipo estándar
para realizar el método de esta invención. Por consiguiente, es
posible utilizar instrumentos tales como intercambiadores de calor,
tanques, bombas, turbinas, válvulas y accesorios del tipo que se
utiliza normalmente en ciclos de Rankine para poner en práctica el
método de esta invención.
En las modalidades descritas de la invención, el
fluido de trabajo se expande para impulsar una turbina de tipo
convencional. Sin embargo, se puede realizar la expansión del
fluido de trabajo desde un nivel cargado de alta presión a un nivel
gastado de baja presión con el fin de producir energía por medio de
cualesquiera medios convencionales conocidos por los expertos en
este campo. La energía originada de esta manera puede almacenarse o
utilizarse de acuerdo con una serie de métodos convencionales
conocidos por los expertos en este campo.
Los separadores de las modalidades descritas
pueden ser separadores por gravedad convencionales, como por
ejemplo tanques de venteo (flash tanks) convencionales. Se
puede utilizar cualquier aparato convencional para formar dos o más
corrientes que posean composiciones diferentes a partir de una sola
corriente con el fin de formar la corriente pobre y la corriente
enriquecida a partir de la corriente de trabajo de fluido.
El condensador puede ser cualquier tipo de
dispositivo de eliminación de calor conocido. Por ejemplo, el
condensador puede adoptar la forma de un intercambiador de calor,
como un sistema refrigerado por agua u otro tipo de dispositivo de
condensación.
Se pueden utilizar diferentes tipos de fuentes
de calor para propulsar el ciclo de esta invención.
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Claims (20)
1. Un método para la implementación de un ciclo
termodinámico que comprende:
el calentamiento de una corriente de trabajo
(117-17), que incluye un componente con un punto de
ebullición bajo y un componente con un punto de ebullición más alto,
con una fuente de calor externo (25-26) con el fin
de proporcionar una corriente de trabajo gaseosa calentada
(19);
la separación de la mencionada corriente de
trabajo gaseosa calentada (19) en un primer separador (S) para
proporcionar una corriente rica gaseosa calentada (30) que posea una
proporción relativamente mayor del mencionado componente con un
punto de ebullición bajo y una corriente pobre (7) que posea una
proporción relativamente menor del mencionado componente con un
punto de ebullición bajo;
la expansión de la mencionada corriente rica
gaseosa calentada (30) para transformar la energía de la corriente
en una energía útil y proporcionar una corriente rica agotada y
expandida (34); y
la combinación de la mencionada corriente pobre
(7) y la mencionada corriente rica agotada y expandida (34) para
proporcionar la mencionada corriente de trabajo
(117-17);
en el que, después de la mencionada combinación
y antes del mencionado calentamiento con dicha fuente externa de
calor, la mencionada corriente de trabajo se condensa al transferir
calor a una fuente de temperatura baja en un primer intercambiador
de calor (HE-1) y dicha corriente de trabajo se
bombea posteriormente a una mayor presión (21); y
que comprende además la transferencia, en un
segundo intercambiador de calor (HE-2), del calor
de la mencionada corriente de trabajo, con anterioridad a la
condensación de la corriente de trabajo, a dicha corriente de
trabajo después de que se haya bombeado la misma a la mencionada
presión más alta (21) y antes del calentamiento con la fuente
externa de calor (25-26) mencionada
anteriormente.
2. Un método, tal y como se describe en la
reivindicación 1, que también comprende la transferencia, en un
tercer intercambiador de calor, de calor desde la mencionada
corriente pobre (7) [a la] mencionada corriente de trabajo después
de que la mencionada corriente de trabajo haya recibido calor en el
mencionado segundo intercambiador de calor (HE-2) y
antes del calentamiento con la fuente externa de calor
(25-26) mencionada anteriormente.
3. Un método, tal y como se describe en la
reivindicación 1 o en la reivindicación 2, que además comprende la
división de la mencionada corriente de trabajo
(117-17) en una primera subcorriente de trabajo
(117) y una segunda subcorriente de trabajo (118), y en el que el
mencionado calentamiento con la mencionada fuente externa de calor
(25-26) incluye el calentamiento de la primera
subcorriente de trabajo (117) con la fuente externa de calor para
proporcionar una primera subcorriente de trabajo calentada (17).
4. Un método, tal y como se describe en la
reivindicación 2 o en la reivindicación 3, que además comprende la
transferencia, en un cuarto intercambiador de calor
(HE-4), de calor desde la mencionada corriente
pobre (7) a la mencionada segunda subcorriente de trabajo.
5. Un método, tal y como se describe en
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el
mencionado calentamiento con la mencionada fuente externa de calor
(25-26) se produce en un quinto intercambiador de
calor (HE-5).
6. Un método para la implementación de un ciclo
termodinámico, tal y como se describe en la reivindicación 1, que
además comprende:
la división de la mencionada corriente de
trabajo (117-17) en una primera subcorriente de
trabajo (117) y una segunda subcorriente de trabajo (118), y en el
que el mencionado calentamiento de una corriente de trabajo incluye
el calentamiento de la primera subcorriente de trabajo (117) con la
mencionada fuente externa de calor (25-26) para
proporcionar una primera subcorriente de trabajo calentada (117) y
posteriormente combinar la primera subcorriente de trabajo
calentada (17) con la segunda subcorriente de trabajo (118) con el
fin de proporcionar la mencionada corriente de trabajo gaseosa
calentada (19).
7. Un método, tal y como se describe en
cualquiera de las reivindicaciones comprendidas entre la 1 y la 6,
en el que la mencionada expansión tiene lugar en una primera fase
de expansión y una segunda fase de expansión;
la mencionada corriente rica gaseosa calentada
(19) es parcialmente expandida para proporcionar una corriente rica
parcialmente expandida (32) en la mencionada primera fase de
expansión;
que además comprende la división de la
mencionada corriente rica parcialmente expandida en una primera
parte y una segunda parte;
en el que la primera parte se expande para
proporcionar la mencionada corriente rica agotada y expandida (34)
en la mencionada segunda fase de expansión; y
que además comprende la combinación de la
mencionada segunda parte (32) con la mencionada corriente pobre (7)
antes de combinar las mencionadas corriente pobre y corriente rica
agotada y expandida (34).
8. Un método, tal y como se describe en la
reivindicación 7, en el que la mencionada división incluye la
separación de la mencionada corriente rica parcialmente expandida
(32) en una parte de vapor (33) y una parte de líquido (31); la
mencionada primera parte incluye al menos alguna cantidad de la
parte de vapor y la mencionada segunda parte incluye la parte de
líquido.
9. Un método, tal y como se describe en la
reivindicación 8, que además comprende la combinación de alguna
cantidad de la mencionada parte de vapor (33) con la mencionada
parte de líquido (31) para proporcionar la mencionada segunda
parte.
10. Un método, tal y como se describe en
cualquiera de las reivindicaciones comprendidas entre la 7 y la 9,
que además comprende la transferencia, en un intercambiador de
calor, de calor desde la mencionada corriente pobre (7) con la
mencionada segunda parte (32) a la mencionada corriente de trabajo
antes de calentar dicha corriente de trabajo con la mencionada
fuente externa de calor (25-26).
11. Un aparato para la implementación de un
ciclo termodinámico que comprende:
un calentador (HE-5) que
calienta una corriente de trabajo (117-17), que
incluye un componente con un punto de ebullición bajo y un
componente con un punto de ebullición más alto, con una fuente de
calor externo (25-26) para proporcionar una
corriente de trabajo gaseosa calentada (19);
un primer separador conectado para recibir la
mencionada corriente de trabajo gaseosa calentada (19) y producir
una corriente rica gaseosa calentada (30) que posea una proporción
relativamente mayor del mencionado componente con un punto de
ebullición bajo y una corriente pobre (7) que posea una proporción
relativamente menor del mencionado componente con un punto de
ebullición bajo;
un expansor que está conectado para recibir la
mencionada corriente rica gaseosa calentada (30), transformar la
energía de la corriente a energía utilizable y producir una
corriente rica agotada y expandida (34); y
una primera mezcladora de corrientes que está
conectada para combinar la mencionada corriente pobre (7) y la
mencionada corriente rica agotada y expandida (34) y producir la
mencionada corriente de trabajo; la salida de la mencionada
mezcladora de corrientes está conectada a la entrada del mencionado
calentador (14E-5);
que además comprende un primer intercambiador de
calor (HE-1) y una bomba (B) que están conectados
entre la primera mezcladora de corrientes y el mencionado calentador
(HE-5); el mencionado primer intercambiador de
calor condensa la mencionada corriente de trabajo al transferir
calor a una fuente de baja temperatura y la mencionada bomba
posteriormente bombea la mencionada corriente de trabajo a una
mayor presión (21); y
que además comprende un segundo intercambiador
de calor (HE-2) conectado para transferir calor
desde la mencionada corriente de trabajo, con anterioridad a la
condensación de dicha corriente de trabajo, a la mencionada
corriente de trabajo después de que se haya bombeado la corriente
de trabajo mencionada a mayor presión en la mencionada bomba y antes
del calentamiento con la fuente externa de calor
(25-26) en el calentador (HE-5)
mencionado anteriormente.
12. Un aparato, tal y como se describe en la
reivindicación 11, en el que el mencionado expansor incluye una
primera fase de expansión (T-1) y una segunda fase
de expansión (T-2);
la mencionada primera fase de expansión está
conectada para recibir la corriente rica gaseosa calentada (30) y
producir una corriente rica parcialmente expandida (31);
que además comprende un divisor de corrientes
que está conectado para recibir la mencionada corriente rica
parcialmente expandida (31) y dividirla en una primera parte (33) y
una segunda parte (32);
en el que la mencionada segunda fase está
conectada para recibir la mencionada primera parte y expande la
mencionada primera parte con el fin de proporcionar la corriente
rica agotada y expandida; y
que además comprende una segunda mezcladora de
corrientes que está conectada para combinar la mencionada segunda
parte (32) con la mencionada corriente pobre (7) antes de que la
corriente pobre se combine con la corriente rica agotada y expandida
(34) en la mencionada primera mezcladora de corrientes.
13. Un aparato, tal y como se describe en la
reivindicación 11 o en la reivindicación 12, que además comprende
un tercer intercambiador de calor (HE-3) conectado
para transferir calor desde la mencionada corriente pobre (7) a la
mencionada corriente de trabajo después de que la corriente de
trabajo (117-17) haya recibido calor en el
mencionado segundo intercambiador de calor (HE-2) y
antes del calentamiento con la fuente externa de calor
(25-26) en el calentador (HE-5)
mencionado anteriormente.
14. Un aparato, tal y como se describe en la
reivindicación 11, que además comprende:
un divisor de corrientes conectado para dividir
la mencionada corriente de trabajo, después del mencionado bombeo
con la mencionada bomba (B) y antes del mencionado calentamiento
con la fuente externa de calor (25-26) en el
calentador, en una primera subcorriente de trabajo (117) y una
segunda subcorriente de trabajo (118); dicho calentador calienta la
mencionada primera subcorriente de trabajo para proporcionar una
primera subcorriente de trabajo calentada.
15. Un aparato, tal y como se describe en la
reivindicación 14, que además comprende un cuarto intercambiador de
calor (HE-4) conectado para transferir calor desde
la mencionada corriente pobre (7) a la mencionada segunda
subcorriente de trabajo (118).
16. Un aparato, tal y como se describe en la
reivindicación 15, en el que el mencionado calentador es un quinto
intercambiador de calor (HE-5).
17. Un aparato, tal y como se describe en
cualquiera de las reivindicaciones comprendidas entre la 14 y la
16, en el que el mencionado expansor incluye una primera fase de
expansión (T-1) y una segunda fase de expansión
(T-2);
la mencionada primera fase de expansión está
conectada para recibir la corriente rica gaseosa calentada (30) y
producir una corriente rica parcialmente expandida (32);
que además comprende un divisor de corrientes
que está conectado para recibir la mencionada corriente rica
parcialmente expandida y dividirla en una primera parte y una
segunda parte;
en el que la mencionada segunda fase está
conectada para recibir la mencionada primera parte y expande la
primera parte con el fin de proporcionar la mencionada corriente
rica agotada y expandida (32); y
que además comprende una segunda mezcladora de
corrientes que está conectada para combinar la mencionada segunda
parte con la mencionada corriente pobre (7) antes de que la
corriente pobre se combine con la corriente rica agotada y expandida
(32) en la mencionada primera mezcladora de corrientes.
18. Un aparato, tal y como se describe en la
reivindicación 17, en el que el mencionado divisor de corrientes
incluye un segundo separador (S-2) que está
conectado para recibir la corriente rica parcialmente expandida
(31) y separarla en una parte de vapor y una parte de líquido; la
mencionada primera parte incluye al menos una cantidad de la parte
de vapor y la mencionada segunda parte incluye la parte de
líquido.
19. Un aparato, tal y como se describe en la
reivindicación 17, en el que el mencionado divisor de corrientes
incluye una cuarta mezcladora de corrientes conectada para combinar
una cantidad de la parte de vapor desde el segundo separador con la
mencionada parte de líquido del segundo separador con el fin de
proporcionar la mencionada segunda parte.
20. Un aparato, tal y como se describe en
cualquiera de las reivindicaciones comprendidas entre la 14 y la
19, que además comprende un intercambiador de calor conectado para
transferir calor desde la mencionada corriente pobre con la
mencionada segunda parte a la mencionada corriente de trabajo,
antes de que la corriente de trabajo haya sido calentada con la
mencionada fuente externa de calor (25-26) en el
calentador.
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