MÉTODO Y DISPOSITIVO PARA UTILIZAR EL CALOR TRANSPORTADO POR UN FLUJO DE GAS DE ESCAPE DISCONTINUO.

Método para utilizar el calor transportado por un flujo (1) de gas de escape discontinuo,

en donde el flujo (1) de gas de escape discontinuo se emite en fases (P1, P2, P3, P4, P5) respectivamente con valores iniciales constantes ( , Ta) para el caudal y la temperatura de una instalación industrial, en particular un horno industrial, en donde los valores iniciales se registran mediante medios de medición, en donde el flujo (1) de gas de escape discontinuo se convierte en un flujo (2) de trabajo continuo con valores objetivos constantes ajustables ( , Tz) para el caudal y la temperatura, mediante una acción conjunta de los medios de medición con los medios de ajuste para el desvío o el suministro de un flujo parcial desde o hacia el flujo de gas de escape, y en donde el calor transportado en el flujo de trabajo (2) continuo se convierte en energía útil mecánica, eléctrica o térmica

La presente invención hace referencia a un método y a un dispositivo para utilizar el calor transportado por un flujo de gas de escape discontinuo, de acuerdo con la reivindicación 1, o bien con la reivindicación 10.

En el caso de los hornos industriales, por ejemplo, en la industria del acero, se producen altas temperaturas en el gas de escape durante el funcionamiento, en particular en un proceso de fusión, por ejemplo, en un horno de arco eléctrico. La alta temperatura del gas de escape se desciende mediante enfriamiento en un conducto de gas de escape o bien, en un conducto de gas de combustión, mediante un circuito de enfriamiento por agua o bien, mediante la alimentación de agua adicional hacia el flujo másico del gas de escape, antes de que el gas de escape se suministre al ambiente circundante a través de un filtro. El enfriamiento para descender la temperatura del gas de escape resulta necesario para una instalación depuradora de gases de escape, dado que sólo con una determinada temperatura del gas de escape se puede lograr una acción depuradora efectiva. De esta manera, resulta una desventaja que para el funcionamiento del circuito de refrigeración se deba emplear energía eléctrica.

El calor extraído del flujo de gas de escape mediante el circuito de refrigeración permanece inutilizado, dado que el flujo de gas de escape que transporta calor es muy inestable. Debido al funcionamiento de la instalación, tanto el caudal como la temperatura del flujo de gas de escape son constantes sólo por fases. En las diferentes fases de funcionamiento sucesivas, el caudal y/o la temperatura pueden variar considerablemente. Por lo tanto, existe un flujo de gas de escape discontinuo en relación con el flujo calorífico, cuya energía calorífica transportada no puede ser utilizada simplemente por dispositivos técnicos convencionales, como por ejemplo, un intercambiador de calor.

De la patente DE 36 06 681 A1 se conoce un método para la recuperación y para el empleo a continuación de la energía del calor perdido mediante el empleo de, al menos, un intercambiador de calor primario a través del cual circula un medio líquido transmisor de calor, en el cual el calor perdido se almacena temporalmente a un nivel de temperatura elevado en un acumulador térmico de múltiples piezas, lleno de una sustancia sólida como medio de almacenamiento por el cual circula el medio transmisor de calor, y se extrae de manera continua de dicho acumulador térmico para su empleo posterior.

El objeto de la presente invención, que surge a partir de las desventajas del estado del arte, consiste en proporcionar un método y un dispositivo que convierte en energía útil el calor transportado en un flujo de gas de escape discontinuo.

Conforme a la presente invención, el objeto en relación con el método se resuelve en tanto que los valores iniciales para el caudal y la temperatura del flujo de gas de escape emitido por la instalación industrial se registran mediante medios de medición, y el flujo de gas de escape discontinuo se convierte en un flujo de trabajo continuo con valores objetivos constantes ajustables para el caudal y la temperatura, mediante una acción conjunta de los medios de medición y los medios de ajuste para el desvío o el suministro de un flujo parcial desde o hacia el flujo de gas de escape, en donde el calor transportado en el flujo de trabajo continuo se convierte en energía útil mecánica, eléctrica

o térmica. Las variaciones de caudal y temperatura, en ocasiones elevadas, que se producen mediante un cambio de las fases de funcionamiento del horno, se igualan de manera tal que a continuación se pueda utilizar el calor transportado en el flujo de gas de escape. El flujo de trabajo continuo que existe después de la conversión, con un caudal y una temperatura prácticamente constantes, se puede emplear para una conversión de la energía calorífica transportada en otras formas de energía. Dichas relaciones y circunstancias definidas permiten, por ejemplo, un diseño óptimo de los dispositivos técnicos utilizados para la conversión de energía útil, por ejemplo, de un intercambiador de calor.

De acuerdo con un perfeccionamiento ventajoso del método conforme a la presente invención, durante una primera fase en la que el valor inicial del caudal es mayor que su valor objetivo, se evacua un flujo parcial del flujo de gas de escape. La magnitud del flujo parcial a evacuar, además de ajustarse al valor inicial para el caudal, también se ajusta de acuerdo con la temperatura del flujo de gas de escape en la respectiva fase de funcionamiento del horno. Es decir, que en una proporción preferentemente determinable, se evacua una fracción del flujo de gas de escape, excedente en relación con los valores objetivos para el flujo de trabajo. Por ejemplo, en el caso que el valor inicial para la temperatura ya sea igual a su valor objetivo, sólo se evacuará una fracción del caudal de manera tal que alcance su valor objetivo. En el caso que el valor inicial para la temperatura sea mayor que su valor objetivo, para alcanzar el valor objetivo del caudal se evacuará una fracción adicional del caudal además de la fracción ya evacuada. Dicha fracción adicional se admite nuevamente en una etapa posterior del método para el ajuste del valor objetivo de la temperatura, por ejemplo, como aire ambiente, y de esta manera se cumple con el valor objetivo del caudal.

Además, durante una segunda fase en la que el valor inicial del caudal es menor que su valor objetivo, se suministra de manera ventajosa un flujo parcial al flujo de gas de escape. La magnitud del flujo parcial a suministrar, además de

45

55

ajustarse al valor inicial para el caudal, también se ajusta preferentemente de acuerdo con la temperatura del flujo de gas de escape en la fase de funcionamiento del horno dominante del momento. Por ejemplo, en el caso que el valor inicial para la temperatura ya sea igual a su valor objetivo, sólo se suministrará una fracción al caudal de manera tal que alcance su valor objetivo. En el caso que el valor inicial para la temperatura sea mayor que su valor objetivo, se suministrará al caudal una fracción menor que la necesaria para alcanzar su valor objetivo. El caudal reducido a dicha fracción se admite nuevamente también en una etapa posterior del método, para el ajuste del valor objetivo de la temperatura, por ejemplo, como un caudal de aire frío. De esta manera, se pueden mantener los valores objetivos para el caudal y la temperatura en el flujo de trabajo.

En un acondicionamiento preferido del método conforme a la presente invención, al flujo de gas de escape se le suministra aire ambiente. El suministro de aire ambiente adicional se realiza después del suministro o de la evacuación del flujo parcial. El valor del caudal a suministrar de aire ambiente, preferentemente aire frío, como ya se ha descrito, se ajusta al valor de la temperatura inicial, y de esta manera se puede alcanzar la temperatura objetivo mediante una adición controlada de aire frío. Para el método se puede mejorar de manera ventajosa un dispositivo regulador que evalúa los valores iniciales que condicionan las fases de funcionamiento, y que se ocupa del cumplimiento de los valores objetivos.

En otro acondicionamiento ventajoso del método, el flujo parcial evacuado se conduce mediante un elemento de acumulación térmica, y además el calor transportado por el flujo parcial se transfiere al elemento. De esta manera, el calor transportado anteriormente mediante el caudal excedente se almacena convenientemente en el elemento de acumulación térmica, y se puede emplear para diferentes aplicaciones en la instalación industrial.

De manera ventajosa, esto se produce mediante el hecho de que el flujo parcial suministrado se conduce a través del elemento de acumulación térmica, y además el calor almacenado en el elemento se transfiere al flujo parcial. El calor transferido de esta manera al flujo parcial a suministrar, se emplea para alcanzar los valores objetivos. Es decir, que en la pluralidad de fases de funcionamiento del horno industrial, mediante el elemento de acumulación térmica se almacena el calor excedente o se entrega el calor necesario.

Conforme al método, también resulta ventajoso que los flujos parciales se conduzcan paralelamente mediante una pluralidad de elementos de acumulación térmica. Por ejemplo, debido a que una energía térmica elevada contenida en el flujo de gas de escape no puede ser recibida por un único elemento, dos elementos de acumulación térmica en una conexión en paralelo... [Seguir leyendo]

**(Ver fórmula)**

1. Método para utilizar el calor transportado por un flujo (1) de gas de escape discontinuo, en donde el flujo (1) de gas de escape discontinuo se emite en fases (P1, P2, P3, P4, P5) respectivamente con valores iniciales constantes , Ta) para el caudal y la temperatura de una instalación industrial, en particular un horno industrial, en donde los

valores iniciales se registran mediante medios de medición, en donde el flujo (1) de gas de escape discontinuo se

**(Ver fórmula)**

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde durante una primera fase (P2, P4), en la que el valor inicial

(

**(Ver fórmula)**

**(Ver fórmula)**

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en donde durante una segunda fase (P1, P3, P5), en la que el

valor inicial (

**(Ver fórmula)**

**(Ver fórmula)**

4. Método de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, en donde se suministra aire ambiente al flujo (1) de gas de escape.

5. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 4, en donde el flujo parcial (3) evacuado se conduce mediante un elemento de acumulación térmica (5), y además el calor transportado por el flujo parcial (3) se transfiere al elemento (5).

6. Método de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el flujo parcial (4') suministrado se conduce a través del elemento de acumulación térmica (5), y además el calor almacenado en el elemento (5) se transfiere al flujo parcial (4').

7. Método de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, en donde los flujos parciales (3, 3', 4, 4') se conducen paralelamente mediante una pluralidad de elementos de acumulación térmica (5, 6).

8. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el calor transportado por el flujo de trabajo (2) se transfiere a un medio de trabajo (23) que acciona un convertidor de energía.

9. Método de acuerdo con la reivindicación 8, en donde el medio de trabajo (23) circula en un circuito cerrado (22), y acciona una turbina (20) acoplada a un generador (21).

10. Dispositivo para utilizar el calor transportado por un flujo (1) de gas de escape discontinuo, en donde el flujo (1) de gas de escape discontinuo se emite en fases (P1, P2, P3, P4, P5) respectivamente con valores iniciales

constantes (

**(Ver fórmula)**

**(Ver fórmula)**

**(Ver fórmula)**

11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10, en donde los medios de ajuste (11) se conforman de manera tal

que durante una primera fase (P2, P4), en la que el valor inicial (

**(Ver fórmula)**

**(Ver fórmula)**

P3, P5), en la que el valor inicial (

**(Ver fórmula)**

**(Ver fórmula)**

12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 11, en donde los medios de suministro (16) para el suministro de aire ambiente al flujo de gas de escape (1') se encuentran dispuestos aguas abajo en relación con los medios de ajuste (11).

13. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 11 ó 12, que presenta un elemento de acumulación térmica (5, 6) mediante el cual el flujo parcial (3) evacuado del flujo de gas de escape (1) se puede conducir para la emisión de calor, y el flujo parcial (4') que se suministra al flujo de gas de escape (1) se puede conducir para la absorción de calor.

14. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 13, en donde los medios para la conversión presentan un intercambiador de calor (15) con un medio de trabajo (23), con el cual se puede absorber continuamente calor del flujo de trabajo (2), y se puede suministrar a un convertidor de energía para la conversión del calor en energía útil.

15. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 14, en donde el convertidor de energía se conforma como un generador (21) accionado mediante una turbina (20), y el medio de trabajo (23) se transporta en un circuito cerrado

(22) a través del intercambiador de calor (15) y de la turbina (20).