IT8922480A1 - Motrice a recupero di energia termica, funzionante in particolare mediante vapori di fluidi frigorigeni bollenti caratterizzati dal fatto di avere un punto di ebollizione inferiore a 60 gc (sessanta gradi centigradi). - Google Patents

Description

forma di vapore avente una certa pressione ad azionare la turbina o altro tipo di macchina a vapore, dove si espande fino a raggiungere il valore della contropressione esistente nel condensatore, aumentando di volume e cedendo parte dell'energia posseduta che viene convertita in lavo ro meccanico dalla macchina stessa. Terminata l'azione sui. la macchina il vapore si scarica nei condensatori, dove attraverso i condensatori stessi cede ad una o pi? sorgenti refrigeranti esterne parte del suo calore e per le noti leggi che regolano il cambiamento di stato dei fluidi ritorna allo stato liquido, stato in cui viene prelevato dalle unit? pompanti ed inviato negli scambiatori di calo re per essere nuovamente vaporizzato mediante altra sommi nistrazione di calore ed iniziare un nuovo ciclo.

Il problema da risolvere consiste nel produrre energia mec canica in modo economico ed ecologico, in particolare con vertendo in energia meccanica tutte quelle fonti di calore che a causa delle loro caratteristiche e limiti di tem peratura, non consentono un vantaggioso funzionamento ad altre macchine termiche e normalmente restano inutilizzati od espulse come scarto.

Per ottenere ci? la presente invenzione prevede una turbi na od altra macchina a vapore;azionata dal vapore prodotti da speciali fluidi detti frigorigeni, questi fluidi sono caratterizzati dal fatto di avere punti di ebollizione a basse temperature e sono quindi in grado di produrre del vapore con un alto valore di pressione, anche a seguito di somministrazioni di calore con temperatura inferiore a 100?C

La presente invenzione ? finalizzata al recupero mediante conversione in energia meccanica, di tutte quelle fonti di energia termica che comunemente vengono espulse come iscarto o lasciate inutilizzate, ad esempio: il calore pro dotto dai motori endotermici o quello espulso dai condensatori delle centrali elettriche, residui termici di lav? razioni industriali, sorgenti di acqua calda naturale, il calore contenuto nei fumi delle ciminiere ecc. ecc.

Questo in quanto si ottengono notevoli vantaggi specie se questo tipo d'invenzione viene applicata ai grandi motori , tipo motori marini, motori adibiti alla produzione di energi? elettrica, oppure applicata ai grandi impianti industriali tipo raffinerie, acciaierie ecc. ecc. dove, considerando le potenze in gioco e le conseguenti quantit? di energia termica a disposizione, si rende possibile la pr? duzione di rilevanti quantit? di energia meccanica con c? sti energetici praticamente nulli e senza produrre alcuna emissione inquinante, considerando il fatto che questo ti po di motrice non abbisogna necessariamente di un focolai io proprio, ma pu? funzionare con scarti termici di diversa natura o sorgenti di calore diversamente inservibili.

Questo comporta la previsione in sede di progetto, dello sfruttamento delle varie sorgenti termiche a disposizione e quindi alla costruzione di opportuni scambiatori di calo re da installare sulla sorgente stessa, in modo da estrarre l'energia termica dalla sorgente e trasferirla al fluido operante.

La stessa previsione dev'essere rivolta ai condensatori ed al loro sistema di raffreddamento, tenendo presente che, minore sar? la temperatura raggiunta dal condensato, maggiore sar?, il rendimento dell'impianto.

FLUIDI OPERANTI UTILIZZABILI

I fluidi operanti utilizzabili in questo impianto sono pra ticoment e gli stessi utilizzati dall'industria frigorifera o come propellente nelle bombolette spray e sono meglio co noscuti come fluidi frigorigeni.

I pi? noti sono i clorofluorocarburi, conoscuti con il none commerciale di freon e contraddistinti da un numero che Segue: esempio, freon II, freon 12, freon 22 ecc. ecc.,raa ne esistono molti altri come ad esempio: l'ammoniaca, l'anidride carbonica, l'anidride solforosa, il cloruro di metile, il cloruro di etile, il propano ecc. ecc.

Molte altre sostanze anche se non sono espressamente catalogate come fluidi frigorigeni, hanno punti di ebollizione molto bassi, inferiori a 60?C e possono essere ugualmente utilizzati per questo scopo con buoni rendimenti dell?impianto e devono considerarsi facenti parte del presente trovato.

SCELTA DEL FLUIDO OPERANTE

La scelta del fluido operante ? strettamente legata al cam po di temperature in cui esso opera e quindi la scelta di? pende prima di tutto dalla relazione che intercorre tra il suo punto di ebollizione e la temperatura massima che il ; fluido raggiunge negli scambiatori di calore, che dev'essere tale da assicurare che il vapore prodotto dal fluido operante, acquisti un soddisfacente valore di pressione, ottimale per il funzionamento della macchina a vapore e secondariamente che sia compatibile con gli altri organi dell'impianto.

La presente invenzione sar? ora descritta dettagliatamente nel caso specifico di una motrice a recupero di energia termica, applicata in sinergia ad un motore endotermico di tipo noto che aziona un generatore di corrente elettrica. In questo caso la presente invenzione,utilizza come sorgen te termica il calore espulso dal motore endotermico duran te il suo funzionamento e come sorgente refrigerante per il condensatore l'aria ambiente.

La descrizione fa riferimento alle figure allegate in cui: la figura I rappresenta una vista parzialmente sezionata di una motrice a recupero di energia termica, completa di impianto ed applicata in sinergia ad un motore endotermico di un tradizionale gruppo elettrogeno, secondo l'invenzione.- La figura 2 rappresenta una vista parzialmente sezionata di una turbina a vapore facente parte dell'invenzione Una turbina di tipo noto indicata nel suo complesso con I in figura I, comprende un albero 2 al quale ? fissata una puleggia 3 a pi? gole. Dalla puleggia 3 partono due cinghie 37 che vanno ad avvolgersi stilla puleggia 4 solidale all'albero del motore 5 od un'altra cinghia 37 si collega alla puleggia 6 fissata sull'albero 36 della pompa 7 di tipo noto?- Solidale all'albero 36 dalla parte diametralmente opposta alla puleggia 6, viene installata una ventola 8 in modo che, durante il funzionamento della pompa 7 la ven tola 8 venga azionata e crei una corrente d'aria che attra versa il condensatore 9 e raffredda i tubi alettati 20.

Il condotto IO f? capo alla parte inferiore del condensato re 9 e comunica con il lato aspirazione della pompa 7, men tre il condotto II f? capo al lato mandata della pompa 7 e comunica con lo scambiatore di calore 12. Il condotto 13 collega lo scambiatore 12 con lo scambiatore 14, mentre il condotto 15 collega lo scambiatore di calore 14 allo scambiatore di calore 16. Allo scambiatore di calore 16 dalla parte attraversata dal fluido operante, f? capo un 'condotto 17 che si collega con l'uggello 18 della turbina. Il condotto 19 attraversa internamente lo scambiatore di calore 12 e si collega con i tubi alettati 20 del condensa tore 9.

Azionata dal motore endotermico attraverso la cinghia 42 che si avvolge sulla puleggia 41, una pompa di tipo noto indicata con 21 induce il liquido di raffreddamento del ?o tore 5 ad una continua circolazione, dal motore 5 allo scaia biatore di calore 14 e viceversa mediante i condotti 22-23?? 24.Il condotto di scarico 25 del motore endotermico attraversa lo scambiatore di calore 16 e si collega alla marmit ta 26.

L'impianto comprende anche: la valvola di servizio 27? la valvola di sicurezza 28? un indicatore del liquido 29? un serbatoio per il liquido di raffreddamento del motore 35 il tappo del serbatoio 52, alcuni manometri 38 per la misu razione delle pressioni interne all'impianto e l'isolamento termico 30.

Gli scambiatori di calore 12-I4-I6, sono di tipo noto,essi sono costituiti da un'involucro metallico a tenuta stagna e comunicante con due condotti, attraversato internamente da uno o pi? condotti 0 serpentine, questo dispositivo per mette il trasferimento dell'energia termica da un fluido all'altro senza che questi due vengano in contatto tra loro Nella fig. I sono anche indicati alcuni componenti interni della pompa 7 e sono: la biella 43? il pistone 44, la membrana 45 e le valvole 46.

La figura 2 rappresenta una vista parzialmente sezionata di. una turbina facente parte dell'invenzione, ed illustra in particolare l'apparecchio di tenuta di tipo noto che viene applicato all'interno della turbina stessa per renderla er metica, evitare quindi perdite di fluido frigorigeno o che viceversa entri aria nell'impianto. L'apparecchio di tenuta e composto da un'anello 50 fisso all'involucro della tur bina, un corpo rotante 49 solidale all'albero della turbinp e dagli anelli di in gomma o teflon 54.

Nella figura 2 sono anche indicati altri componenti e sono i cuscinetti 51, la girante 47? le palette della girante 40 il coperchio della turbina 56, la guarnizione del coperchi^ della turbina57, il tappo dell'olio 58, il coperchio del cuscinetto 59, l'anello paraolio 60, l'anello di fermo del cuscinetto 61.

Con 55 viene indicato il piano di tenuta del dispositivo.

CARICA DELL? 'IMPIANTO

Prima di introdurre il fluido frigorigeno nell'impianto attraverso la valvola di servizio 27? ? necessario togliere l'aria contenuta nell'impianto stesso mediante pompe vuo ito o simili, da collegare sempre con la valvola 27 che ? di tipo noto. La quantit? di fluido da introdurre varia secondo le dimensioni ed il tipo di impianto

FUNZIONAMENTO DELLA MOTRICE

Avviato il motore endotermico 5 egli aziona tramite le cin ghie 37 e 42 le pompe 7 e 21,ed inizia a produrre calore. La pompa 7 preleva attraverso il condotto 10 il fluido fri gorigeno allo stato liquido dal condensatore 9 e lo invia mediante il condotto II agli scambiatori di calore 12-14-16. Spinto dalla pompa 7 il fluido frigorigeno allo stato liquido raggiunge prima lo scambiatore di calore 12 nel quelle riceve una prima somministrazione di calore che gli vie ne fornita dal calore residuo contenuto nei vapori che la turbina scarica attraverso il condotto 19.

Attraversato lo scambiatore 12 ed acquisita la prima sommi nistrazione di calore, il fluido operante attraverso il con dotto 13, raggiunge lo scambiatore di calore 14 dove riceve una seconda somministrazione di calore questa volta con feritagli dal liquido di raffreddamento del motore 5? che indotto dalla pompa 21 ad una cont?nua circolazione, dal motore 5 allo scambiatore di calore 14 e viceversa mediante i condotti 22-23-24-, estrae calore dal motore 5 e lo trasferisce per poi cederlo al fluido operante sito nello scambiatore di calore 14? Acquisita la seconda fornitura di calore il fluido operante tramite il condotto 15 raggidn ge lo scambiatore di calore 16 che ? riscaldato dai gas di scarico del motore provenienti dal condotto 25. Ih questo ultimo scambiatore, il fluido frigorigeno raggiunge la sua massima temperatura, la quale provoca l'ebollizione del flu ido stesso con produzione di vapore avente una certa pressione, vapore che tramite il condotto 17 e l'uggello 18 viene inviato poi ad azionare la turbina, nella quale si espande fino a raggiungere il valore della contropressione esistente nel condensatore, aumentando di volume e cedendo parte dell'energia posseduta che viene convertita in energia meccanica dalla turbina stessa,(energia meccanica che v? ad aggiungersi a quella prodotta dal motore endotermico aumentando in questo caso specifico l'energ?a meccanica che viene trasmessa al generatore di corrente 53 e lasciai: do inalterato s?a il consumo d? combustibile che le emissioni inquinanti prodotte dai gas di scarico del motore stesso).

Terminata l'azione sulla turbina, il vapore si scarica nel condotto 19, prosegue attraversando lo scambiatore di calore 12, dove cede parte del suo calore residuo, al fluido operante allo stato liquido proveniente dal condotto II ed in seguito entra nei tubi alettati 20 del condensatore, do ve (per effetto della circolazione d'aria che attraversa il condensatore 9? prodotta dalla ventola 8)si raffredda ulteriormente e ritorna allo stato liquido, stato in cui viene prelevato dalla pompa 7 mediante il condotto 10 ed inviato nuovamente negli scambiatori di calore, per essere un'altra volta vaporizzato mediante somministrazione di altro calore e ripetere il ciclo.

Bench? sia stata descritta una sola forma di realizzazione un esperto del ramo potr? poi provvedere numerose modifiche o varianti,che per? dovranno ritenersi facenti parte del presente trovato

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI I. Motrice a ricupero di energia termica atta a convertire l'energia termica in energia meccanica, anche nel caso in cui l'energia termica provenga da una sorgente di calore avente un basso valore di temperatura ( anche inferiore a 100?C ), detta motrice ? caratterizzata dal fatto di uti lizzare come fluido operante fluidi frigorigeni,tipo clorofluorocarburi, ammoniaca o simili, aventi un punto di ebollizione non superiore a 60?C ( sessanta gradi centigradi ),- detta motrice, prevede un impianto oon un ciclo chiuso e a tenuta ermetica, composto da,-una turbina od al tra macchina a vapore, la quale viene azionata dal vapore in pressione (del fluido frigorigeno bollente) proveniente da scambiatori di calore o simili, detta turbina scarica il vapore utilizzato in scambiatori di calore o condensatori, essendo collegata a monte con gli scambiatori di ca lore e a valle con condensatori o simili finalizzati al raffreddamento del vapore stesso,- da una pompa, la quale prelevali liquido che si forma nel condensatore e lo invie negli scambiatori di calore per la sucessiva vaporizzazione, avendo detta pompa collegato il lato aspirazione con il condensatore ed il lato mandata con il primo degli scam biatori di calore,- da condotti atti a collegare i vari scambiatori di calore in una logica sequenza, ad esempio: l'uscita del fluido dal primo scambiatore con l'entrata nel secondo, l'uscita dal secondo con l'entrata nel terzo, in questo modo per il numero degli scambiatori previsti, - da ventilatori atti,a raffreddare il condensatore mediar te una circolazione esterna di aria.
2. 2, Motrice a ricupero d? energia termica secondo la rivendicazione I, caratterizzata dal fatto di prevedere, uno o pi? scambiatori d? calore(l2 fig, I), che hanno il fine di trasferire parte dell'energia termica posseduta dal vapore che viene scaricato dalla turbina di detta motrice, al flu ido operante allo stato liquido proveniente dalla pompa 7, la quale alimenta gli scambiatori stessi.
3. 3. Motrice a ricupero di energia termica secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di prevedere uno o pi? scambiatori di calore I4,che hanno il fine di trasferire parte dell'energia termica posseduta da uno o pi? liquidi adibiti al raffreddamento di altre macchine termiche al fluido frigorigeno operante in detta motrice.
4. 4. Motrice a ricupero di energia termica secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di prevedere uno o pi? scambiatori di calore 16,che hanno il fine di trasferire parte dell'energia termica posseduta dai gas di scarico che vengono espulsi da uno o pi? motori endotermici, al fluido frigorigeno onerante in detta motrice.