PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA LA TRANSFERENCIA DE CALOR DESDE UN PRIMER MEDIO A UN SEGUNDO MEDIO.

Procedimiento para la transferencia térmica desde un primer medio relativamente frío (23) hasta un segundo medio relativamente caliente(22),

comprendiendo una fase de rotación de una cantidad (6), de un fluido comprimible, contenida alrededor de un eje de rotación, generando de este modo un gradiente de temperatura radial en el fluido, y calentando un segundo medio (22) por medio del fluido en un tramo del fluido relativamente alejado del eje de rotación, caracterizado por que, el fluido comprimible se encuentra a una presión que sobrepasa de 2 bar determinada en el eje de rotación.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2008/051746.

Solicitante: HELEOS TECHNOLOGY GMBH.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: SCHMIDGASSE 3 6300 ZUG SUIZA.

Inventor/es: HOOS,FRANK.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 13 de Febrero de 2008.

Clasificación PCT:

  • F25B3/00 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F25 REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR; FABRICACION O ALMACENAMIENTO DEL HIELO; LICUEFACCION O SOLIDIFICACION DE GASES.F25B MAQUINAS, INSTALACIONES O SISTEMAS FRIGORIFICOS; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR (sustancias para la transferencia, intercambio o almacenamiento de calor, p. ej. refrigerantes, o sustancias para la producción de calor o frío por reacciones químicas distintas a la combustión C09K 5/00; bombas, compresores F04; utilización de bombas de calor para la calefacción de locales domésticos o de otros locales o para la alimentación de agua caliente de uso doméstico F24D; acondicionamiento del aire, humidificación del aire F24F; calentadores de fluidos que utilizan bombas de calor F24H). › Máquinas rotativas por compresión con grupos incorporados, es decir, con compresor, condensador y evaporador girando como un bloque único.
  • F25B9/00 F25B […] › Máquinas, instalaciones o sistemas por compresión en los cuales el refrigerante es aire u otro gas de bajo punto de ebullición.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

PDF original: ES-2366869_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para transferir calor desde un primer medio relativamente frío a un segundo medio relativamente caliente.

En las plantas energéticas actuales, el trabajo se genera típicamente mediante un ciclo Carnot o “ciclo de vapor”, empleando una fuente de alta temperatura y otra de baja temperatura (pozo térmico). En la practica un medio a elevada temperatura, por regla general vapor sobrecalentado, es alimentado en una turbina que genera trabajo, y posteriormente se condensa, (sobre)calentado y una vez mas es alimentado a la turbina. La diferencia entre la cantidad de calor contenido en el medio de alta temperatura y la cantidad de calor absorbido a la fuente de baja temperatura lo que se convierte en trabajo, de acuerdo con la primera ley de la termo-dinámica.

A mayor diferencia de temperatura entre las fuentes de alta y baja temperatura, mas calor podrá convertirse en trabajo y la eficacia del procedimiento se mejorara. Típicamente, el medio ambiente (tierra) sirve como fuente de baja temperatura (pozo térmico) en tanto que el medio de alta temperatura se genera por combustión de combustibles fósiles o bien por fisión nuclear.

El documento DE 32 38 567 hace referencia a un dispositivo para generar diferencias de temperaturas por calentamiento o enfriamiento. Bajo la influencia de una fuerza exterior se establece una diferencia de temperatura en el gas. Este efecto se incrementa empleando fuerzas centrifugas y con gases de alto peso molecular, hasta el punto de hacerse interesante para aplicaciones técnicas.

El documento WO 03 /095920 hace referencia a un método para transmitir energía térmica, para lo cual la energía térmica se transmite dentro de una cámara interna (3) de una centrífuga giratoria a través de un primer intercambiador térmico (4,4a,4b), en cuya cámara interna(3) se alimenta un medio gaseoso para la transferencia de la energía, y en donde el calor se descarga desde la centrifuga (2) a través de un segundo intercambiador térmico (5,5 a,5b). La cantidad de energía utilizada puede reducirse sustancialmente proporcionando un medio gaseoso para la transmisión de energía dentro del rotor(12) en un estado de equilibrio y orientando radialmente el flujo térmico en dirección hacia el exterior. Es esencial para la invención base del documento WO 03/095920 que se evite la convección (pagina 2 última frase).

El documento US 3 .902.549 hace referencia a un rotor montado para girar a alta velocidad. En su centro se sitúa una fuente de energía térmica, mientras que en su periferia se ha dispuesto un intercambiador térmico. Existen cámaras para almacenar un material gaseoso, que dependiendo de su posición en las cámaras puede recibir calor de la fuente de energía térmica o bien producir calor para el intercambiador térmico.

Un objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un procedimiento para la generación eficaz de un medio de alta temperatura.

En este punto, el procedimiento según la presente invención comprende los pasos que se definen en la reivindicación 1.

En cierto aspecto, la presente invención comprende además el paso consistente en la extracción de calor desde, por ejemplo, el enfriamiento, del primer medio a través del fluido situado en un tramo, o bien relativamente próximo al eje de rotación.

Los medios caliente y frío así obtenidos pueden a su vez emplearse para caldear o refrigerar edificios o para generar electricidad mediante, por ejemplo, un ciclo Carnot o “ciclo de vapor”.

La eficacia del proceso según la presente invención es susceptible de seguir incrementándose si segmentos definidos en dirección radial del fluido son exhaustivamente mezclados para obtener una entropía como mínimo

**(Ver fórmula)**

sustancialmente constante en estos segmentos, mejorando de este modo la conducción del calor dentro del fluido.

Por lo tanto, la conducción térmica, y de ahí su eficacia, aumenta con la presión y la densidad del fluido. De este modo, es preferible que la presión exceda en 10 bar (en el eje de rotación). La relación de presión en la circunferencia y la presión en el eje de rotación es preferible que exceda de 5 bar y en el mejor de los casos que exceda de 8 bar.

La presente invención se refiere además a un dispositivo como el descrito en la reivindicación 10.

En un aspecto de la presente invención el dispositivo comprende un segundo intercambiador térmico situado en, o relativamente próximo al eje de rotación.

En otro aspecto , el dispositivo comprende una o mas paredes básicamente casi cilíndricas y coaxiales, separando en sentido radial, la parte interior del tambor en una serie de compartimentos.

En otro aspecto, por lo menos uno de los intercambiadores de calor esta acoplado a un ciclo para generar trabajo. El siguiente ciclo puede comprender un evaporador o sobrecalentador, que esta térmicamente acoplado a un intercambiador térmico para alta temperatura, un condensador, térmicamente acoplado a un intercambiador térmico para baja temperatura, y a una máquina térmica. El medio ambiente servirá típicamente como un pozo térmico, si bien puede también servir una fuente de alta temperatura, siempre que la temperatura de funcionamiento del ciclo sea suficientemente baja.

Todavía en cuanto otro aspecto, el fluido comprimible es un gas y preferentemente contiene o consiste básicamente en un elemento mono-atómico con un número atómico (Z)≥ 18, tal como el Argon, o preferentemente ≥ 36, tal como el Kripton y el Xenon.

La presente invención se basa en la idea que a pesar de que el calor fluye normalmente desde una entropía superior a una inferior y como sea de una temperatura superior a otra inferior, en una columna de un fluido isentrópico , comprimible situado en un campo de gravedad, el calor fluirá también desde una entropía mas baja a una de mas alta. En la atmósfera de la tierra este efecto reduce el gradiente vertical de temperatura desde un teórico 10ºC/km a un real de 6,5ºC/km. La potencia hidráulica se basa en el mismo principio. Una resistencia térmica reducida refuerza además el flujo térmico desde una temperatura baja a una temperatura alta.

De acuerdo, por lo menos, con algunos aspectos de la presente invención, se emplea gravedad artificial para reducir la longitud de la columna de fluido comprimible, en comparación con una columna sujeta únicamente a la gravedad de la tierra, sustituyendo la atmósfera por un gas que permita un gradiente de mucha mayor temperatura en el fluido. La mezcla se emplea para mejorar la conducción térmica dentro del fluido. Dentro del ámbito de la presente invención el término “gradiente” significa un incremento o reducción continua o escalonada en la magnitud de una propiedad observada al pasar desde un punto a otro, por ejemplo, a lo largo de un radio de un cilindro.

Para mayor detalle se subraya que el documento US 4.107.944 se refiere a un método y dispositivo para generar calor y enfriarlo haciendo circular un fluido de trabajo dentro de conductos que presenta el rotor, comprendiendo el mencionado fluido de trabajo y extrayendo calor del mencionado fluido de trabajo en un intercambiador térmico para la extracción de calor y agregando calor dentro del mencionado fluido de trabajo en un intercambiador térmico para adición de calor, y todo ello llevado a cabo por el mencionado rotor. El fluido de trabajo esta herméticamente encerrado dentro, y puede ser cualquier gas idóneo, tal como el nitrógeno. Un intercambiador térmico con fluido de trabajo esta dotado para intercambiar calor dentro del rotor entre dos corrientes del mencionado fluido de trabajo.

El documento US 4.005.587 hace referencia a un método y dispositivo para transportar calor desde una fuente térmica de baja temperatura a un pozo caldeado de alta temperatura, empleando un fluido de trabajo comprimible, que ha sido comprimido por fuerza centrifuga dentro de un rotor giratorio , acompañado de un incremento de temperatura. El calor es transportado desde el fluido de trabajo caldeado al interior de un pozo térmico a temperatura mas elevada y el calor se agrega al fluido de trabajo tras expansión y enfriamiento desde una fuente térmica mas fría. El enfriamiento se proporciona dentro del rotor para controlar la densidad del fluido de trabajo para de este modo ayudar a la circulación del fluido de trabajo.

Métodos... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la transferencia térmica desde un primer medio relativamente frío (23) hasta un segundo medio relativamente caliente(22), comprendiendo una fase de rotación de una cantidad (6), de un fluido comprimible, contenida alrededor de un eje de rotación, generando de este modo un gradiente de temperatura radial en el fluido, y calentando un segundo medio (22) por medio del fluido en un tramo del fluido relativamente alejado del eje de rotación, caracterizado por que, el fluido comprimible se encuentra a una presión que sobrepasa de 2 bar determinada en el eje de rotación.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende la fase de extracción del calor proveniente de un primer medio (23) por medio del fluido en una sección situada o relativamente próxima al eje de rotación.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en la que segmentos del fluido(12;27) se mezclan exhaustivamente.

4. Procedimiento según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, en donde el fluido comprimible se halla a una presión que rebasa 10 bar.

5. Procedimiento según cualquiera de las anteriores reivindicaciones en donde el fluido comprimible esta contenido en un tambor con un diámetro, como mínimo de 1,5 metros que es girado por lo menos a 50 r.p.m., si bien , preferiblemente por lo menos a 100 r.p.m.

6. Procedimiento según cualquiera de las anteriores reivindicaciones en donde el trabajo se genera mediante, por lo menos el primer medio(22) preferentemente mediante ambos, el primero y el segundo medio(22, 23), y preferentemente mediante un Carnot o ciclo de vapor(30, 34).

7. Procedimiento según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, que comprende dos o mas fases, en serie o en paralelo, conteniendo una cantidad (6) de fluido comprimible girando alrededor de un eje de giro.

8. Procedimiento según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, comprendiendo las siguientes fases que permiten a un líquido adicional fluir alejándose del eje de rotación, accionando un generador con el líquido, evaporando el líquido mediante el fluido en una sección del fluido relativamente alejada del eje de rotación, bombeando el vapor hacia el eje de rotación, y condensando el vapor mediante el fluido en una sección en o bien relativamente cerca del eje de rotación.

9. Procedimiento según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, en donde el fluido comprimible contiene o consiste básicamente de un elemento mono-átomico con un número atómico (Z)≥ 18, o preferentemente (Z)≥

36.

10. Dispositivo 1 para la transferencia de calor desde un primer medio relativamente frío a un segundo medio relativamente caliente, comprendiendo un tambor estanco al gas montado de forma que pueda girar en un bastidor y, un primer intercambiador térmico(23) montado dentro del tambor (6) relativamente alejado del eje de rotación del tambor, caracterizado por que, el tambor contiene un fluido comprimible y el dispositivo se ha construido para operar a una presión superior a 2 bar, determinada en el eje de rotación.

11. Dispositivo(1) según la reivindicación 10, que comprende un segundo intercambiador térmico (2) situado en o relativamente próximo al eje de rotación.

12. Dispositivo (1) según las reivindicaciones 1 o 11, comprendiendo por lo menos una o mas paredes coaxiales prácticamente cilíndricas , que dividen la parte interior del tambor (6) en una serie de compartimentos.

13. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 10-12 , en donde por lo menos uno de los intercambiadores térmicos (22,23) comprende un tubo enrollado coaxialmente al eje de rotación.

14. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 10-13, en donde por lo menos uno de los intercambiadores térmicos (22, 23) esta acoplado a un ciclo (30-34) para generar trabajo a determinar en el eje de rotación.

 

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