Sistema de producción de energía eléctrica.
Sistema de producción de energía eléctrica.
Comprende un primer circuito (1) de trabajo termodinámico que emplea dióxido de carbono para obtener energía mediante un generador (8) de energía del sistema,
y se caracteriza por el hecho de que dicho circuito (1) de trabajo termodinámico está asociado en paralelo a un circuito (2) secundario de absorción y evaporación de amoníaco que está dimensionado para condensar el gas dióxido de carbono procedente del generador (8), incluyendo dicho sistema un dispositivo (5a, 5b, 5c) de recuperación de energía (E) térmica de bajo nivel que está dimensionado para evaporar amoníaco de la solución de amoníaco del circuito (2) secundario, siendo susceptible una fracción de la energía (E) térmica de bajo nivel captada por el dispositivo (5a, 5b, 5c) de ser utilizada para sobrecalentar el dióxido de carbono del circuito (1) de trabajo.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201530623.
Solicitante: PUJOL LATRE, Máximo.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: PUJOL LATRE,Máximo.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F01K23/04 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F01 MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN GENERAL; MAQUINAS DE VAPOR. › F01K PLANTAS MOTRICES A VAPOR; ACUMULADORES DE VAPOR; PLANTAS MOTRICES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR; MOTORES QUE UTILIZAN CICLOS O FLUIDOS DE TRABAJO ESPECIALES (plantas de turbinas de gas o de propulsión a reacción F02; producción de vapor F22; plantas de energía nuclear, disposición de motores en ellas G21D). › F01K 23/00 Plantas motrices caracterizadas por tener más de un motor suministrando energía al exterior de la planta, estando estos motores accionados por fluidos diferentes. › el calor de condensación de uno de los ciclos calienta el fluido del otro ciclo.
- F01K25/10 F01K […] › F01K 25/00 Plantas motrices o motores caracterizados por el empleo de fluidos de trabajo no previstos en otra parte; Plantas que funcionan según un ciclo cerrado no previstas en otro lugar. › siendo estos vapores fríos, p. ej. amoniaco, gas carbónico, éter.
Fragmento de la descripción:
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SISTEMA DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
La presente invención se refiere un sistema de producción de energía eléctrica que comprende un circuito de trabajo termodinámico que emplea dióxido de carbono para obtener energía mediante un generador.
Antecedentes de la invención
Son conocidos sistemas de producción de energía que emplean dióxido de carbono y amoníaco como fluidos básicos de transporte para generar electricidad.
La patente DE19921336 describe un sistema de producción de energía que comprende dos circuitos termodinámicos que operan juntos, cada uno con un fluido de transporte diferente. Uno de los circuitos opera con dióxido de carbono y el otro con gas amoníaco. Cada circuito incluye un medio calefactor, un condensador y un compresor. El circuito de dióxido de carbono comprende la turbina generadora de electricidad que es accionada por el propio dióxido de carbono que actúa de fluido motor.
El sistema descrito por la mencionada patente combina los dos circuitos para obtener energía eléctrica mediante un fluido (el dióxido de carbono) que presenta la ventaja de que es inocuo para el medio ambiente. Además, el dióxido de carbono es un fluido de trabajo que condensa a aproximadamente 0ºC de temperatura, por lo que es posible utilizar la capacidad refrigerante de un circuito paralelo de evaporación de amoníaco para condensarlo.
En el sistema descrito, el gas dióxido de carbono se calienta, antes de su entrada al generador, mediante energía térmica de bajo nivel. Sin embargo, el rendimiento energético de este sistema es todavía muy bajo, puesto que requiere el empleo de compresores convencionales.
Descripción de la invención
El objetivo de la presente invención es el de proporcionar un sistema de obtención de energía 35 eléctrica de alto rendimiento que presenta las ventajas que se mencionan a continuación.
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De acuerdo con este objetivo, la presente invención proporciona un sistema de obtención de energía eléctrica que comprende un circuito de trabajo termodinámico que emplea dióxido de carbono para obtener energía eléctrica mediante un generador y que se caracteriza por el hecho de que el circuito de trabajo termodinámico está asociado en paralelo a un circuito secundario de absorción y evaporación de amoníaco que está dimensionado para condensar el gas dióxido de carbono procedente del generador, incluyendo dicho sistema un dispositivo de recuperación de energía térmica de bajo nivel que está dimensionado para evaporar amoníaco de la solución de amoníaco del circuito secundario, siendo susceptible una fracción de la energía térmica de bajo nivel captada por el dispositivo de ser utilizada para sobrecalentar el gas dióxido de carbono del circuito de trabajo.
El sistema reivindicado prescinde de compresores convencionales y emplea un circuito secundario paralelo de absorción y evaporación para evaporar el dióxido de carbono y el amoníaco. Además, el sistema incluye un dispositivo de recuperación de energía térmica de bajo nivel que permite dinamizar la reacción físico-química que evapora el gas amoníaco de la solución de amoníaco del circuito secundario, incrementando de forma muy significativa el rendimiento energético del sistema.
La fuente de energía térmica de bajo nivel que recupera el dispositivo puede proceder del calor residual de los gases de escape de un motor o, por ejemplo, de la refrigeración de centrales térmicas, siempre que estas fuentes de calor superen los 100ºC de temperatura.
Por otro lado, el sistema reivindicado presenta la ventaja de que trabaja en unas condiciones técnicas de bajo riesgo (entre 1 bar i 12 bar para el gas amoníaco) , por lo que las posibilidades de fugas de este gas son prácticamente nulas. El dióxido de carbono trabaja a presiones superiores que llegan hasta los 65 bar, no obstante, en este caso, al tratarse de un fluido inocuo para el medio ambiente, las fugas accidentales no comportan un problema.
Preferiblemente, el circuito secundario de absorción y evaporación de gas comprende un primer intercambiador para condensar mediante un fluido refrigerante el gas amoníaco procedente de la solución de amoníaco o solución amoniacal del circuito secundario, un segundo intercambiador para evaporar el amoníaco condensado mediante la energía térmica que proporciona el dióxido de carbono a la salida del generador eléctrico, y una columna de absorción del gas amoníaco evaporado en el segundo intercambiador.
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Ventajosamente, dicho circuito secundario de absorción y evaporación comprende un tercer intercambiador para evaporar el dióxido de carbono condensado mediante el calor recuperado por la solución de amoníaco en contacto con el dispositivo de recuperación.
En este tercer intercambiador el dióxido de carbono se evapora al tiempo que la solución de amoníaco se enfría, lo que se mejora sustancialmente la posterior absorción de amoníaco en la columna de solución amoniacal.
Preferiblemente, el dispositivo de recuperación de energía térmica de bajo nivel comprende unos intercambiadores de calor que están asociados a un aparato destilador para evaporar mediante energía térmica de bajo nivel una fracción del gas amoníaco de la solución de amoníaco del circuito secundario de absorción y evaporación.
De este modo, la energía recuperada procedente de fuentes de calor de bajo nivel se aprovecha para dinamizar el propio ciclo de absorción y evaporación de amoníaco que condensa y evapora el dióxido de carbono del ciclo de trabajo. Se obtiene de este modo un sistema que permite aprovechar de un modo eficiente la energía térmica de bajo nivel que hasta el momento se está desechando y vertiendo al medio ambiente causando problemas de contaminación ambiental.
Ventajosamente, el dispositivo de recuperación comprende un segundo intercambiador de calor para sobrecalentar mediante energía térmica de bajo nivel el gas dióxido de carbono a la entrada del generador eléctrico.
En el sistema reivindicado, la presión de trabajo del amoníaco está comprendida entre 1 bar y 12 bar y la presión de trabajo del dióxido de carbono está comprendida entre 30 bar y 65 bar. La concentración de gas amoníaco en la solución de amoníaco del circuito secundario de absorción y evaporación está comprendida entre el 35% y el 45% en peso. Aunque variando las condiciones de equilibrio de temperaturas, cambiaría la concentración en la solución amoniacal.
En la presente invención, por energía térmica de bajo nivel se entenderá, preferiblemente, la energía térmica E procedente de fuentes de calor de temperatura no superior a 150ºC, ventajosamente, la energía térmica procedente de vapores y gases industriales. El sistema reivindicado permite aprovechar esta energía térmica que actualmente se desecha y vierte al medio ambiente.
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Breve descripción de las figuras
Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico 5 de realización.
La figura 1 es un diagrama esquemático del principio de funcionamiento del sistema.
La figura 2 es una representación esquemática de la columna de absorción de amoníaco.
La figura 3 es una representación esquemática de un intercambiador de calor de alto rendimiento que evapora o condensa el dióxido de carbono mediante la solución de amoníaco o solución amoniacal del circuito secundario.
Descripción de una realización preferida
A continuación se describe una realización del sistema que emplea un circuito secundario de amoníaco diluido en agua que trabaja a 25ºC para operar la absorción, y a 100ºC para operar la evaporación.
En la realización que se describe, el circuito 1 del dióxido de carbono adquiere una presión de trabajo máxima de 65 bar, a 25ºC en estado gaseoso, y una presión de 35 bar a 0ºC durante la fase de expansión, en estado líquido.
Tal y como se ha comentado, para adquirir estas condiciones de trabajo del dióxido de carbono, se emplea un circuito 2 secundario de una solución de amoníaco y agua de un ciclo de absorción y evaporación que trabaja a una presión de 2, 5 bar, a -15ºC de temperatura, y a 12 bar, a 100ºC de temperatura.
El circuito 2 secundario incluye una columna 3 de absorción por la que circula la solución de amoníaco desde una entrada 3a hasta una salida 3b. La temperatura de reacción se mantiene mediante un fluido 3c refrigerante, por ejemplo, mediante agua. El tiempo de reacción en el interior...
Reivindicaciones:
1. Sistema de producción de energía eléctrica que comprende un primer circuito (1) de trabajo termodinámico que emplea dióxido de carbono para obtener energía mediante 5 un generador (8) de energía del sistema, caracterizado por el hecho de que dicho circuito (1) de trabajo termodinámico está asociado en paralelo a un circuito (2) secundario de absorción y evaporación de amoníaco que está dimensionado para condensar el gas dióxido de carbono procedente del generador (8) , incluyendo dicho sistema un dispositivo (5a, 5b, 5c) de recuperación de energía (E) térmica de bajo nivel que está dimensionado para evaporar amoníaco de la solución de amoníaco del circuito (2) secundario, siendo susceptible una fracción de la energía (E) térmica de bajo nivel captada por el dispositivo (5a, 5b, 5c) de ser utilizada para sobrecalentar r el dióxido de carbono del circuito (1) de trabajo.
2. Sistema según la reivindicación 1, en el que dicho circuito (2) secundario de absorción y evaporación de gas comprende un primer (11) intercambiador para condensar mediante un fluido refrigerante (R) el gas amoníaco evaporado procedente de la solución de amoníaco del circuito (2) secundario, un segundo (7) intercambiador para evaporar el amoníaco condensado mediante la energía térmica que proporciona el dióxido de carbono a la salida del generador (8) eléctrico y, una columna (3) de absorción del gas amoníaco evaporado en el segundo (7) intercambiador.
3. Sistema según la reivindicación 2, en el que dicho circuito (2) de absorción y evaporación comprende un tercer intercambiador (9) para evaporar el dióxido de carbono condensado mediante el calor recuperado por la solución de amoníaco en contacto con el dispositivo (5a, 5b, 5c) .
4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho dispositivo (4) de recuperación de energía (E) térmica de bajo nivel comprende unos intercambiadores (5a, 5b) que están asociados a un aparato (6) destilador para evaporar mediante energía (E) térmica de bajo nivel una fracción de gas amoníaco de la solución de amoníaco del circuito (2) secundario de absorción y evaporación.
5. Sistema según la reivindicación 4, en el que dicho dispositivo comprende un 35 intercambiador de calor (5c) para sobrecalentar mediante energía (E) térmica de bajo 8
nivel el gas dióxido de carbono a la entrada del generador (8) eléctrico.
6. Sistema de producción de energía según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la presión de trabajo del gas amoníaco está comprendida entre 1 bar y 12 bar y la presión de trabajo del gas dióxido de carbono está comprendida entre 30 bar y 65 bar.
7. Sistema de producción de energía según la reivindicación 1, en el que la concentración de gas amoníaco en la solución de amoníaco del circuito (2) secundario de absorción 10 y evaporación está comprendida entre el 35% y el 45% en peso.
8. Sistema de producción de energía según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha energía (E) térmica de bajo nivel procede de fuentes de calor de temperatura no superior a 150ºC.
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