Dispositivo y procedimiento para la condensación de vapor a partir de sistemas ORC.

Dispositivo para la condensación de vapor expandido en una rnaquina de expansi6n de una instalación termoelectrica para obtener un liquido

(23F) condensado, en particular con contenido de aceite, con:

un mOdulo de condensación, comprendiendo el mOdulo de condensación una entrada, asi como uno o varios conductos (12), por ejemplo, con tubos (12A, 12B) dispuestos esencialmente en horizontal, un separador de liquido para separar el liquido (23F) condensado y/o ya contenido en el vapor, y un colector de liquido para recoger el liquido (23F) separado, condensado y/o ya contenido en el vapor, estando previsto el separador de liquido delante o en la entrada o despues del primer conducto (12), comprendiendo el colector de liquido un tubo de derivacion (17, 27) que esta configurado para derivar al menos una parte del liquido (23F) condensado, separado, hacia afuera del dispositivo,

caracterizado porque

el separador de liquido comprende un sifon (19) que esta dispuesto entre el tubo de derivacion (17, 27) y el colector de liquido.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11007883.

Solicitante: Orcan Energy GmbH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Rupert-Mayer-Strasse 44 81379 München ALEMANIA.

Inventor/es: SCHUSTER, ANDREAS, SICHERT,ANDREAS, AUMANN,RICHARD.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > CONDENSADORES DE VAPOR DE AGUA O DE OTROS VAPORES... > Condensadores en los cuales el vapor de agua o cualquier... > F28B1/06 (utilizando aire u otro gas como agente de refrigeración)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > INTERCAMBIADORES DE CALOR, NO PREVISTOS EN NINGUNA... > Aparatos cambiadores de calor que tienen conjuntos... > F28D1/04 (con canalizaciones tubulares)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > PLANTAS MOTRICES A VAPOR; ACUMULADORES DE VAPOR;... > Plantas motrices o motores caracterizados por el... > F01K25/10 (siendo estos vapores fríos, p. ej. amoniaco, gas carbónico, éter)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > PLANTAS MOTRICES A VAPOR; ACUMULADORES DE VAPOR;... > F01K9/00 (Plantas motrices a vapor caracterizadas por condensadores dispuestos o modificados de forma que se adapten a los motores (condensadores que forman cuerpo con los motores F01K 11/00; condensadores de vapor en sí F28B))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > CONDENSADORES DE VAPOR DE AGUA O DE OTROS VAPORES... > Condensadores en los cuales el vapor de agua o cualquier... > F28B1/02 (utilizando agua o cualquier otro líquido como agente de refrigeración)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > CONDENSADORES DE VAPOR DE AGUA O DE OTROS VAPORES... > Sistemas auxiliares, dispositivos accesorios > F28B9/08 (para recoger y retirar el condensado)

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Fragmento de la descripción:

Dispositivo y procedimiento para la condensación de vapor a partir de sistemas ORC 5 Campo de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo y un procedimiento para la condensación de vapor expandido en una máquina de expansión de una instalación termoeléctrica para obtener un líquido condensado, en particular con contenido de aceite.

Estado de la técnica

En el estado de la técnica es conocido el funcionamiento de las máquinas de expansión, por ejemplo, las turbinas de vapor o las máquinas de desplazamiento positivo, por ejemplo, las máquinas de émbolo, con ayuda del proceso de 15 Ciclo Orgánico de Rankine (Organic Rankine Cycle, ORC) para la generación de energía eléctrica mediante la utilización de medios orgánicos, por ejemplo, medios orgánicos de baja temperatura de evaporación, que presentan en general presiones de evaporación mayores en comparación con el agua como medio de trabajo a temperaturas iguales.

El documento US5115654A divulga un dispositivo para la recuperación de medios refrigerantes de un sistema de aire acondicionado.

El documento EP0473888A1 divulga un condensador para sustancias en forma de vapor, en el que están previstos al menos dos tubos que están asignados entre sí en una conexión en serie y alrededor de los que circula un medio

refrigerante.

El documento W02009/009928A1 divulga un procedimiento y un dispositivo para la condensación y la transferencia térmica con una función de división automática mediante la utilización de aire o líquido refrigerado.

Las instalaciones ORC representan una realización del Ciclo de Clausius-Rankine, en el que en principio, la energía eléctrica se obtiene, por ejemplo, debido a cambios de estado adiabáticos e isobáricos de un medio de trabajo. En este caso, la energía mecánica se obtiene y se transforma en energía eléctrica por evaporación, expansión y condensación subsiguiente del medio de trabajo. En principio, el medio de trabajo se lleva a la presión de servicio mediante una bomba de alimentación y se le suministra energía en forma de calor en un intercambiador de calor, 35 que es proporcionada por una combustión o un flujo de calor residual. El medio de trabajo circula desde el evaporador a través de un tubo de presión hasta una máquina de expansión de un sistema ORC, en la que se expande a una presión menor. A continuación, el vapor del medio de trabajo expandido circula a través de un condensador, en el que tiene lugar un intercambio de calor entre el medio de trabajo en forma de vapor y un medio de refrigeración, después de lo cual, el medio de trabajo condensado retorna al evaporador mediante una bomba de 40 alimentación en un proceso cíclico.

Las ventajas de la utilización de los sistemas de Ciclo Orgánico de Rankine son suficientemente conocidas, especialmente para el aprovechamiento del calor a baja temperatura. En particular en el intervalo de potencias relativamente pequeñas de las instalaciones, aproximadamente en el intervalo de 1 kW a 50 kW aproximadamente, 45 se utilizan a menudo máquinas de desplazamiento positivo. Estas máquinas de desplazamiento positivo pueden ser máquinas de émbolo. Estas máquinas necesitan una cierta cantidad de aceite como medio lubricante en la máquina. En el circuito de la máquina, generalmente el aceite circula en el circuito junto con el medio de trabajo. En este caso, el aceite atraviesa también en particular el condensador de la instalación, lo que puede provocar una pérdida de presión elevada durante la condensación.

Como estado de la técnica se pueden considerar los condensadores de la tecnología de refrigeración y de acondicionamiento de aire, los llamados licuefactores. En la tecnología de refrigeración, el vapor se condensa después de la compresión a presión alta y a temperatura relativamente alta. El vapor presenta una densidad relativamente grande al entrar en el condensador. Con el fin de obtener velocidades de flujo suficientemente 55 grandes, el flujo volumétrico de vapor se divide entre una pequeña cantidad de conductos que pasan a continuación por los planos individuales del condensador.

El condensador presenta típicamente una entrada y una salida, entre las que están dispuestos los conductos, en los que tiene lugar la mayor parte de la condensación. Los tubos de los conductos están dispuestos a menudo 60 esencialmente en horizontal. En el caso de una disposición horizontal, el condensado necesita además una fuerza motriz para llegar a la salida del condensador. A tal efecto, el vapor y el condensado deben circular en el mismo sentido. Con ello, el condensado es soplado por el vapor a través de las tuberías. Para el transporte del condensado mediante el vapor se necesita energía. Esto se manifiesta en una pérdida de presión dentro del

condensador, pudiéndose medir la pérdida de presión entre la entrada del vapor en el condensador y la salida del condensado. La pérdida de presión se incrementa de manera cuadrática con la velocidad de flujo del vapor en caso de flujos turbulentos. Además, la pérdida de presión depende de la viscosidad del líquido. En particular, la pérdida de presión aumenta con la viscosidad del liquido.

El aceite, mencionado arriba, en las máquinas de desplazamiento positivo se utiliza, por ejemplo, para la lubricación de flancos y cojinetes. En otras palabras, se trata de la lubricación de componentes que se deslizan y/o ruedan uno contra otro. El aceite participa en el circuito de la máquina. Se puede hablar asimismo de un fluido que representa una mezcla formada por el medio de trabajo real de la máquina y el aceite o un líquido con contenido de aceite.

El aceite pasa a través de la máquina de expansión junto con el vapor y abandona la máquina de expansión, por ejemplo, como mezcla de vapor y aceite pulverizada o mezcla de vapor y aceite nebulizada. Por tanto, el mismo está presente como líquido en el vapor, en particular en la entrada del condensador. Es decir, mientras que la mayor parte del vapor está presente como medio de trabajo aún en forma de vapor, una parte del vapor está mezclada al 15 menos parcialmente con gotas de líquido con contenido de aceite cerca o incluso delante de la entrada/orificio de admisión del condensador. Al inicio, es decir, cerca de la entrada del condensador, se separa una pequeña cantidad de condensado, siendo muy alto el porcentaje de aceite en este condensado. Se trata prácticamente de aceite casi puro. Por consiguiente, es muy alta la viscosidad de este líquido separado. Esto puede provocar pérdidas de presión muy altas que resultan muy desfavorables para el condensador. Estas pérdidas de presión pueden reducir a su vez 20 el rendimiento de toda la instalación, en particular de la máquina de expansión, reduciendo finalmente la eficiencia de todo el proceso. En este caso se pueden registrar reducciones porcentuales de dos dígitos en el rendimiento.

En comparación con la tecnología de climatización, el medio de trabajo se condensa a presiones menores en particular en los sistemas ORC. Es decir, el vapor presenta aquí una densidad menor. Con flujos másicos y 25 rendimientos de condensación similares se puede conseguir un flujo volumétrico claramente mayor. En caso de una construcción igual del condensador, esto implica una mayor velocidad del vapor y, por tanto, pérdidas de presión claramente superiores.

Con ayuda de una división más frecuente del flujo volumétrico de vapor se puede intentar conseguir un 30 mejoramiento de la condensación y una reducción de las pérdidas de presión. Sin embargo, se mantiene el problema del aceite o de los líquidos oleaginosos o con contenido de aceite en el sistema y las pérdidas de presión

asociadas al mismo.

Teniendo en cuenta... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo para la condensación de vapor expandido en una máquina de expansión de una instalación termoeléctrica para obtener un líquido (23F) condensado, en particular con contenido de aceite, con:

un módulo de condensación, comprendiendo el módulo de condensación una entrada, así como uno o varios conductos (12), por ejemplo, con tubos (12A, 12B) dispuestos esencialmente en horizontal, un separador de líquido para separar el liquido (23F) condensado y/o ya contenido en el vapor, y un colector de liquido para recoger el líquido (23F) separado, condensado y/o ya contenido en el vapor, estando 10 previsto el separador de líquido delante o en la entrada o después del primer conducto (12), comprendiendo el colector de líquido un tubo de derivación (17, 27) que está configurado para derivar al menos una parte del liquido (23F) condensado, separado, hacia afuera del dispositivo,

caracterizado porque

el separador de líquido comprende un sifón (19) que está dispuesto entre el tubo de derivación (17, 27) y el colector de líquido.

2. Dispositivo según la reivindicación 1 además con un dispositivo de refrigeración que está configurado para enfriar el líquido (23F) condensado, separado, antes de ser conducido al colector de líquido.

3. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 - 2, en el que el colector de líquido es un depósito de alimentación (23) o en el que un conducto o varios conductos (12) están configurados adiclonalmente como colectores de liquido.

4. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 - 3, en el que el separador de líquido es un primer separador de liquido; con al menos otro conducto (18) y con al menos otro separador de líquido que corresponde al primer separador de líquido, estando dispuesto el otro separador de líquido después del al menos otro conducto (18) y estando configurado para derivar al menos otra parte del líquido (23F) condensado, separado, hacia afuera del dispositivo.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1-4 con al menos otro módulo de condensación que corresponde al módulo según la figura 1, y además con un tubo colector (25, 28) dispuesto delante del separador de líquido y configurado para concentrar el vapor expandido (10) después de atravesar uno o varios conductos (32) y para conducirlo a continuación hacia el otro módulo de condensación.

6. Dispositivo según la reivindicación 5, en el que el tubo colector (25, 28) posee una sola conexión central con un tubo (29) para conducir el vapor expandido (10) o posee varios tubos separados (29.1 a 29.8) para conducir el vapor expandido (10).

7. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 5 ó 6, en el que el tubo colector (25, 28) presenta una pendiente dirigida hacia el separador de líquido.

8. Instalación termoeléctrica con un dispositivo de condensación según al menos una de las reivindicaciones 1 a 7.

9. Método para la condensación de un vapor expandido en una máquina de expansión de una instalación termoeléctrica para obtener un líquido condensado (23F), en particular con contenido de aceite, con un módulo de condensación, comprendiendo el módulo de condensación uno o varios conductos (12), por ejemplo, con tubos (12A, 12B) dispuestos esencialmente en horizontal; un separador de líquido y un colector de líquido, con las etapas siguientes:

dividir un flujo volumétrico de vapor en un conducto o varios conductos (12);

separar al menos una parte del líquido (23F) condensado, en particular con contenido de aceite, y/o ya contenido en el vapor delante o después del primer conducto (12) mediante el separador de líquido; evacuar el líquido (23F) separado, condensado y/o ya contenido en el vapor;

recoger el líquido (23F) separado, condensado y/o ya contenido en el vapor mediante el colector de líquido; comprendiendo el colector de líquido un tubo de derivación (17, 27);

caracterizado porque

el separador de líquido comprende un sifón (19) que está dispuesto entre el tubo de derivación (17, 27) y el colector 60 de líquido.

10. Método según la reivindicación 9, además con la etapa de refrigeración del líquido (23F) condensado, separado, antes de ser recogido.

11. Método según la reivindicación 9, además con la etapa de separación de al menos otra parte del líquido (23F) condensado, en particular con contenido de aceite, después de al menos otro conducto (18).

12. Método según al menos una de las reivindicaciones 9-11, con al menos otro módulo de condensación que 5 corresponde al módulo según la figura 11, con las etapas siguientes:

concentrar el vapor expandido después de atravesar un conducto o varios conductos; y conducir el vapor expandido concentrado hacia el otro módulo de condensación.