Dispositivo de producción de electricidad con varias bombas de calor en serie.

Dispositivo (1) de producción de electricidad, que comprende:

- una primera bomba de calor

(3), provista de un primer circuito cerrado (15) en el que circula un primer fluido termoportador, y de un primer intercambiador de calor (17) entre el primer fluido termoportador y un flujo de aire atmosférico, en el que el flujo de aire atmosférico cede una cantidad de calor al primer fluido termoportador,

- al menos una segunda bomba de calor (5), provista de un segundo circuito cerrado (23) en el que circula un segundo fluido termoportador, y de un segundo intercambiador de calor (25) entre el segundo fluido termoportador y un tercer fluido termoportador, en el que el segundo fluido termoportador cede una cantidad de calor al tercer fluido termoportador;

- medios para transferir una cantidad de calor del primer fluido termoportador al segundo fluido termoportador;

- un tercer circuito cerrado (9), en el que circula el tercer fluido termoportador;

- una turbina (11) intercalada en el tercer circuito cerrado (9) y accionada por el tercer fluido termoportador;

- un generador eléctrico (13), accionado mecánicamente por la turbina (11);

- comprendiendo el tercer circuito cerrado (9) primer y segundo bucles (49, 51) en los que circula el tercer fluido termoportador, teniendo el primer bucle (49) una primera tubería de retorno (57) que conecta una salida a baja presión (59) de la turbina (11) con una entrada (31) del segundo intercambiador de calor (25), teniendo el segundo bucle (51) una tubería intermedia (67) que conecta una salida a baja presión (59) de la turbina (11) con una entrada (69) del intercambiador de calor intermedio (65), y una segunda tubería de retorno (71) que conecta una salida (73) del intercambiador intermedio (65) con una entrada (33) del segundo intercambiador de calor (25), caracterizado porque cada uno de los primer y segundo bucles (49, 51) tiene una tubería caliente (53, 63) que conecta una salida (35, 37) del segundo intercambiador de calor (25) con una entrada a alta presión (55) de la turbina (11), cediendo el tercer fluido termoportador una cantidad de calor al primer fluido termoportador, en el intercambiador de calor intermedio (65).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2009/052615.

Solicitante: XEDA INTERNATIONAL.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: Zone Artisanale la Crau Route Nationale 7 13670 Saint Andiol FRANCIA.

Inventor/es: SARDO, ALBERTO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > PLANTAS MOTRICES A VAPOR; ACUMULADORES DE VAPOR;... > Plantas motrices a vapor caracterizadas por el empleo... > F01K7/16 (siendo los motores del tipo turbina únicamente (utilizando los motores vapor a la presión crítica o supercrítica F01K 7/32; siendo los motores del tipo de extracción o sin condensación F01K 7/34))

PDF original: ES-2528932_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Dispositivo de producción de electricidad con varias bombas de calor en serie [0001] La invención se refiere, en general, a dispositivos de producción de electricidad.

Los dispositivos de producción de electricidad conocidos hoy en día contribuyen al calentamiento atmosférico (central de combustible fósil o vegetal) o son neutros frente al calentamiento atmosférico (central hidráulica, eólica, central nuclear) . Los dispositivos de producción de electricidad que funcionan con energía solar contribuyen a reducir el calentamiento atmosférico, convirtiendo la energía solar en energía eléctrica. Sin embargo, dichas instalaciones de energía solar no son generalmente muy potentes, debido a que el calor del sol solamente está disponible a baja temperatura. Para elevar la temperatura, es necesario concentrar los rayos del sol, lo que es técnicamente complejo.

La energía solar es, por lo tanto, útil para calentar el agua o el aire, pero está mal adaptada a la producción masiva de energía eléctrica. Las células fotovoltaicas están, por el momento, en condiciones de suministrar solamente pequeñas cantidades de energía eléctrica.

Por otro lado, es conocido que las bombas de calor permiten la producción de calor a una temperatura superior a la del aire ambiente. La bomba de calor absorbe la energía del aire ambiente y suministra calor con una diferencia de temperatura generalmente del orden de 30 a 40º C con respecto al aire ambiente. Dichas máquinas no están adaptadas a la producción de energía eléctrica, a causa de la escasa diferencia de temperatura entre los puntos caliente y frío de la bomba de calor.

El documento DE102004006837 describe un dispositivo de producción de electricidad según el preámbulo de la reivindicación 1.

El documento DE3433366 describe un dispositivo que comprende dos bombas de calor en serie, previsto para calentar un fluido de limpieza.

El documento GB201668 describe un sistema de recuperación de energía térmica a baja temperatura en una instalación industrial, con varias bombas de calor colocadas en serie.

En este contexto, la invención pretende proponer un dispositivo de producción de electricidad que contribuye a limitar el calentamiento atmosférico, y que permite producir electricidad en grandes cantidades con una eficacia aceptable.

Con este fin, la invención se refiere a un dispositivo de producción de electricidad según la reivindicación 1:

El dispositivo de producción también puede presentar una o varias de las características a continuación, consideradas individualmente o según todas las combinaciones técnicamente posibles:

- los medios para transferir una cantidad de calor del primer fluido termoportador al segundo fluido termoportador 45 comprenden una tercera bomba de calor, provista de un cuarto circuito cerrado, en el que circula un cuarto fluido termoportador, de un tercer intercambiador de calor entre el primer fluido termoportador y el cuarto fluido termoportador, en el que el primer fluido termoportador cede una cantidad de calor al cuarto fluido termoportador, y de un cuarto intercambiador de calor entre el cuarto fluido termoportador y el segundo fluido termoportador, en el que el cuarto fluido termoportador cede una cantidad de calor al segundo fluido termoportador;

-el primer fluido termoportador presenta, en una entrada del tercer intercambiador de calor, una presión comprendida entre 18 y 22 bares y una temperatura comprendida entre 220 y 270º C, presentando el primer fluido termoportador, en una entrada del primer intercambiador de calor, una presión comprendida entre 2 y 6 bares y una temperatura comprendida entre 0 y 20º C;

-el cuarto fluido termoportador presenta, en una entrada del cuarto intercambiador de calor, una presión comprendida entre 17 y 22 bares y una temperatura comprendida entre 290 y 330º C, presentando el cuarto fluido termoportador, en una entrada del tercer intercambiador de calor, una presión comprendida entre 2 y 6 bares y una temperatura comprendida entre 30 y 70º C;

- el segundo fluido termoportador presenta, en una entrada del segundo intercambiador de calor, una presión comprendida entre 13 y 17 bares y una temperatura comprendida entre 340 y 390º C, presentando el segundo fluido termoportador, en una entrada del cuarto intercambiador de calor, una presión comprendida entre 1 y 5 bares y una temperatura comprendida entre 90 y 130º C;

- el primer fluido termoportador comprende esencialmente propano;

- el segundo fluido termoportador comprende esencialmente hexano;

- el cuarto fluido termoportador comprende esencialmente butano;

- el tercer fluido termoportador comprende esencialmente agua.

Otras características y ventajas de la invención surgirán de la descripción detallada que se da de la misma a continuación, a título indicativo y en absoluto limitante, en referencia a la figura única adjunta que representa esquemáticamente un dispositivo de producción de electricidad según la invención.

El dispositivo representado en la figura adjunta está destinado a la producción de electricidad. El dispositivo comprende una turbina de vapor, intercalada en un circuito de agua/vapor, obteniéndose el calor necesario para suministrar vapor de agua a alta presión a la turbina por medio de varias bombas de calor colocadas en serie. De este modo, el calor necesario para la producción de vapor a alta presión es, esencialmente, tomado de la atmósfera.

Más exactamente, el dispositivo de producción de electricidad comprende:

- primera, segunda y tercera bombas de calor 3, 5 y 7;

- un circuito de agua/vapor 9;

- una turbina de vapor 11 intercalada en el circuito de agua/vapor 9;

- un generador eléctrico 13, accionado mecánicamente por la turbina 11.

La primera bomba de calor 3 comprende un primer circuito cerrado 15, en el que circula un primer fluido termoportador, un primer intercambiador de calor 17 entre el primer fluido termoportador y el aire atmosférico, un compresor 19 y una válvula de expansión 21.

El primer fluido termoportador comprende esencialmente propano. Ventajosamente, el primer fluido 40 termoportador es propano técnicamente puro.

El primer intercambiador de calor 17 comprende un primer lado en el que circula el aire atmosférico, y un segundo lado en el que circula el propano. Preferentemente, el dispositivo comprende medios para forzar la circulación de aire del primer lado del intercambiador de calor 17. Estos medios pueden comprender, por ejemplo, 45 ventiladores o cualquier tipo de equipo análogo.

La segunda bomba de calor 5 comprende un segundo circuito cerrado 23 en el que circula un segundo fluido termoportador, un segundo intercambiador de calor 25 entre el segundo fluido termoportador y el fluido que circula en el circuito de agua/vapor 9, un compresor 27 y una válvula de expansión 29.

El segundo fluido termoportador comprende esencialmente hexano. Por ejemplo, el segundo fluido termoportador es hexano técnicamente puro.

El segundo intercambiador de calor 25 comprende un primer lado en el que circula el segundo fluido 55 termoportador, y un segundo lado en el que circula agua en forma líquida o de vapor. El agua constituye un tercer fluido termoportador.

El agua que circula en el circuito de agua/vapor 9 penetra en el intercambiador de calor 25 en forma de vapor por la entrada 31 y en forma líquida por la entrada 33, recibe el calor cedido por el segundo fluido

termoportador, y sale del intercambiador de calor 25 en forma de vapor de agua por las salidas 35 y 37.

La tercera bomba de calor 7 comprende un tercer circuito cerrado 39 en el que circula un cuarto... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo (1) de producción de electricidad, que comprende:

-una primera bomba de calor (3) , provista de un primer circuito cerrado (15) en el que circula un primer fluido termoportador, y de un primer intercambiador de calor (17) entre el primer fluido termoportador y un flujo de aire atmosférico, en el que el flujo de aire atmosférico cede una cantidad de calor al primer fluido termoportador, -al menos una segunda bomba de calor (5) , provista de un segundo circuito cerrado (23) en el que circula un segundo fluido termoportador, y de un segundo intercambiador de calor (25) entre el segundo fluido termoportador y un tercer fluido termoportador, en el que el segundo fluido termoportador cede una cantidad de calor al tercer fluido termoportador;

- medios para transferir una cantidad de calor del primer fluido termoportador al segundo fluido termoportador;

- un tercer circuito cerrado (9) , en el que circula el tercer fluido termoportador;

- una turbina (11) intercalada en el tercer circuito cerrado (9) y accionada por el tercer fluido termoportador;

-un generador eléctrico (13) , accionado mecánicamente por la turbina (11) ;

- comprendiendo el tercer circuito cerrado (9) primer y segundo bucles (49, 51) en los que circula el tercer fluido termoportador, teniendo el primer bucle (49) una primera tubería de retorno (57) que conecta una salida a baja presión (59) de la turbina (11) con una entrada (31) del segundo intercambiador de calor (25) , teniendo el segundo 25 bucle (51) una tubería intermedia (67) que conecta una salida a baja presión (59) de la turbina (11) con una entrada (69) del intercambiador de calor intermedio (65) , y una segunda tubería de retorno (71) que conecta una salida (73) del intercambiador intermedio (65) con una entrada (33) del segundo intercambiador de calor (25) , caracterizado porque cada uno de los primer y segundo bucles (49, 51) tiene una tubería caliente (53, 63) que conecta una salida (35, 37) del segundo intercambiador de calor (25) con una entrada a alta presión (55) de la turbina (11) , cediendo el tercer fluido termoportador una cantidad de calor al primer fluido termoportador, en el intercambiador de calor intermedio (65) .

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios para transferir una cantidad de calor del primer fluido termoportador al segundo fluido termoportador comprenden una tercera bomba de calor (7) , provista de un cuarto circuito cerrado (39) en el que circula un cuarto fluido termoportador, de un tercer intercambiador de calor (41) entre el primer fluido termoportador y el cuarto fluido termoportador, en el que el primer fluido termoportador cede una cantidad de calor al cuarto fluido termoportador, y de un cuarto intercambiador de calor (43) entre el cuarto fluido termoportador y el segundo fluido termoportador, en el que el cuarto fluido termoportador cede una cantidad de calor al segundo fluido termoportador.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque el primer fluido termoportador presenta, en una entrada del tercer intercambiador de calor (41) , una presión comprendida entre 18 y 22 bares y una temperatura comprendida entre 220 y 270º C, presentando el primer fluido termoportador, en una entrada del primer intercambiador de calor (17) , una presión comprendida entre 2 y 6 bares y una temperatura comprendida entre 0 y

20º C.

4. Dispositivo según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el cuarto fluido termoportador presenta, en una entrada del cuarto intercambiador de calor (43) , una presión comprendida entre 17 y 22 bares y una temperatura comprendida entre 290 y 330º C, presentando el cuarto fluido termoportador, en una entrada del 50 tercer intercambiador de calor (41) , una presión comprendida entre 2 y 6 bares y una temperatura comprendida entre 30 y 70º C.

5. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque el segundo fluido termoportador presenta, en una entrada del segundo intercambiador de calor (25) , una presión comprendida 55 entre 13 y 17 bares y una temperatura comprendida entre 340 y 390º C, presentando el segundo fluido termoportador, en una entrada del cuarto intercambiador de calor (43) , una presión comprendida entre 1 y 5 bares y una temperatura comprendida entre 90 y 130º C.

6. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el primer fluido 9

termoportador comprende esencialmente propano.

7. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el segundo fluido termoportador comprende esencialmente hexano.

8. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque el cuarto fluido termoportador comprende esencialmente butano.

9. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el tercer fluido 10 termoportador comprende esencialmente agua.

10. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la turbina (11) y el generador eléctrico (13) presentan juntos un rendimiento eléctrico superior al 60%.