Instalación diseñada para convertir energía térmica del entorno en energía útil.

Instalación diseñada para convertir una energía térmica disponible dentro un entorno detrabajo dado en energía útil caracterizada porque comprende:

una carcasa exterior (OS), de formapreferiblemente cilíndrica, provista con una válvula bidireccional (63) conteniendo un rotor interiorcilíndrico (IR) separado de la carcasa exterior (OS) por un espacio vacío y sujeto por la carcasaexterior en dos superficies de soporte (19, 38), el rotor interior (IR) está elaborado con tres partescilíndricas huecas elaboradas con un material conductor del calor, una dentro de la otra fijas las unasa las otras alrededor de su eje de rotación común (18), la primera parte es un cilindro externo cerradoy hueco (1) que encierra la segunda parte que consiste en un cilindro medio más pequeño (2) y latercera parte que consiste en un cilindro interno (3) formado dentro de un cilindro medio (2) alrededordel eje de rotación común, porque el cilindro interno (3) está abierto en sus extremos axiales yprovisto con dos sellos controlados (41, 42) que permiten cerrar o abrir la cavidad (7) formada en elinterior del cilindro interno (3), porque el cilindro medio (2) está cerrado alrededor del cilindro interno(3) formando una cavidad (40), porque la pared del cilindro interno (3), una de las paredes delextremo del cilindro medio (2) y la opuesta al cilindro externo (1) se proporciona con una capa deaislamiento térmico (26, 25), porque la periferia del extremo del cilindro medio (2) provista de unacapa de aislamiento térmico (26) se proporciona con un conjunto de válvulas controladas o una faldade sellado controlado (30) que permite separar herméticamente en dos partes la cavidad (4,5,6)formada entre las paredes de los cilindros medio (2) y externo (1) y abrir o cerrar el canal entre dichaspartes, porque el cilindro externo (1) se proporciona con una válvula unidireccional (32) y una válvulabidireccional (33), porque el conjunto de hélices (13) se proporciona dentro del cilindro interno (3)equipado con medios que permiten convertir la energía rotacional de las hélices en energía útil,porque un motor se sitúa dentro de la carcasa exterior (OS) diseñado para activar la rotación del rotorinterno (IR), porque los medios proporcionados para controlar el motor (17), las hélices, los sellos,para transmitir al exterior de la instalación la energía rotacional convertida de las hélices paracontrolar la temperatura y presión dentro del rotor interno (IR) y porque un fluido presurizado se sitúaen el interior del rotor interno (IR).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/052027.

Solicitante: Cohen, Yoav.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: 5, chemin de la Tour-de-Pinchat 1234 Vessy SUIZA.

Inventor/es: COHEN, YOAV.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F01K27/00 SECCION F — 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). › Plantas motrices que transforman el calor o la energía de un fluido en energía mecánica, no previstas en otro lugar.

PDF original: ES-2421728_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Instalación diseñada para convertir energía térmica del entorno en energía útil [0001] La presente invención hace referencia a una instalación diseñada para convertir en energía útil

la energía térmica disponible en un entorno dado. La invención también hace referencia a un proceso implementando dicha instalación para convertir en energía útil la energía térmica disponible en un entorno dado.

WO 2008/068491 publica un generador de electricidad y un método correspondiente para operar dicho generador. Un buque de campo sostenido a una presión por debajo de la atmosférica se calienta con agua residual caliente. Un medio de transferencia térmica como el agua se calienta y evapora. El torrente creado del agua evaporada activa una turbina equipada para producir la corriente eléctrica.

DE 27 51 530 publica un dispositivo y un método de funcionamiento similares. El medio de

transferencia térmica se calienta utilizando energía geotérmica. [0004] US 3 919 845 publica un método y aparato para generar energía en un rotor de turbina giratoria. Dos fluidos en funcionamiento circulan dentro de la turbina con un tercer fluido proporcionando un suministro de calor y también sirviendo como disipador térmico. Ambos fluidos se comprimen y mantienen una relación de intercambio térmico durante y tras la compresión. Se requiere el funcionamiento de dichos fluidos durante la compresión y se obtiene una producción a partir de dichos fluidos durante la expansión.

La presente invención propone una instalación y método diferentes que permiten convertir en energía útil la energía térmica disponible en un entorno. [0006] La instalación de acuerdo con la presente invención se define en la reivindicación 1. Otros modos de realización se definen en las reivindicaciones de la 2 a la 4. [0007] El proceso implementando la instalación de acuerdo con la presente invención se define en las reivindicaciones de la 5 a la 8.

Según se mostrará, el proceso e instalación utilizan un fluido presurizado en sus cavidades como agente que recibe la energía térmica desde el ambiente circundante y la pasa para convertirla en formas útiles de energía. El fluido, situado en condiciones centrífugas, se encuentra en un estado gaseoso al menos para la parte del proceso en que pasa -parte de la energía almacenada -hacia delante para su transformación y uso beneficioso.

En cada ciclo, siendo un ciclo el proceso por el que una parte del fluido de masa m del sistema, pasa a través de toda la ruta de flujo designada del sistema para volver a su posición original, al principio del ciclo, el fluido se enfría por la pérdida de producción de energía, realizando labores fuera del sistema y recalentado al recibir el calor desde el entorno circundante provocando el enfriamiento del entorno.

El proceso e instalación pueden ser de dimensiones y de un nivel de producción de energía que oscila entre muy pequeño y muy grande ampliando así las circunstancias y variedad de los usos. Además, el proceso e instalación pueden configurarse de muchas maneras que pueden adoptarse para cada uso particular. [0011] Por esta razón, los materiales, estructura, dimensiones, componentes y configuración

presentadas en esta solicitud son representativas de los requerimientos necesarios para hacer que el proceso e instalación funcionen, en lugar de ser una elección incondicional. Los detalles sirven como modo de ejemplo para proporcionar suficiente sustancia presentando la validez del proceso e instalación prácticos. [0012] La instalación y el proceso de la invención se describirán con más detalle y referencias a los dibujos adjuntos.

La figura 1 es una vista en sección transversal del eje del rotor interno de un primer modo de realización de la presente invención;

La Figura 2 es una vista en sección transversal esquemática del eje de toda la instalación;

La figura 3 es una vista en perspectiva del rotor interno;

Las figuras 4 y 5 son vistas esquemáticas parciales en perspectiva y en sección transversal de la instalación;

La figura 6 es una vista en perspectiva de la falda de sellado;

La figura 7 es una vista frontal de la falda de sellado con su motor de control;

La figura 8 es una vista en perspectiva parcial de un conector eléctrico deslizante;

La figura 9 es una descripción esquemática de las conexiones entre hélices-generadores-cargas.

La figura 10 es una vista en sección transversal del eje del rotor interno y de la carcasa externa de un

segundo modo de realización de la presente invención;

La figura 11 representa un ejemplo esquemático de la conexión práctica a las áreas de entorno más frías/más calientes. [0013] La instalación se realiza con tres elementos principales: -Rotor interno, de aquí en adelante también conocido como IR -Carcasa externa, con/sin tapa adicional, de aquí en adelante también conocida como OS [0014] La unidad externa representando las diferentes unidades externas, parte de un ensamblaje mayor en el que la instalación y el proceso objeto de esta solicitud sólo son un componente. La/s unidad/es externa/s incluye/n cargas eléctricas, componentes de supervisión y control, de aquí en

adelante también conocida como EU. El rotor interno IR consiste en una estructura giratoria dentro de la OS separado de ella por un vacío y sujeto por la OS en dos superficies de sujeción 19, 38 (fig 1) . [0015] La estructura principal del IR tiene tres partes, una dentro de la otra, fijadas las unas a las

otras alrededor de su eje de rotación común. El cilindro externo 1, constituyendo la piel externa del IR, es un cilindro hueco y cerrado. Está elaborado con un material conductor del calor típicamente un metal como el aluminio o el acero que es lo suficientemente grueso como para soportar la presión aplicada por el fluido en el interior de sus cavidades 4, 5, 6, relativa a las condiciones de vacío en su exterior entre el mismo y la OS.

El comportamiento electromagnético de absorción/interacción (de aquí en adelante "color") del cilindro externo, 1, es tal que permite tanta absorción como sea posible dentro del espectro más amplio de radiación electromagnética con tal de recibir la radiación térmica que proviene de la OS a través del vacío y pasarla hacia el fluido situado en las cavidades 4, 5, (estando la cavidad 6 aislada térmicamente) .

Alrededor del cilindro externo 1, se fijan sobre su parte exterior aletas circulares de intercambio térmico, 23, que son del mismo material y color, y se fijan sobre el cilindro externo, 1, de manera conductora del calor. El objetivo de estas aletas, que están perpendiculares a la superficie del cilindro externo 1 y a su eje, consiste en aumentar el área de intercambio a través del cual la energía electromagnética radiada por la OS pasa -permitiendo así que se transporte la energía térmica de alrededor de la OS hasta el fluido situado en las cavidades no aisladas 4, 5 de la manera más eficiente y menos obstructora y refractante posible -como su fuente de energía térmica.

Opuesto a estas aletas, 23, fijadas a la superficie interna del cilindro externo, 1, se encuentran las aletas de intercambio térmico 21, que son perpendiculares a su superficie y paralelas a su eje. Estas aletas recorren la longitud del cilindro externo 1 y convergen hacia el centro de su base de manera que se sumergen dentro del fluido que fluiría de base a base en las cavidades 4 y 5 durante el funcionamiento regular con la menor resistencia posible a la corriente. Estas aletas, 21, que son paralelas a la ruta de la corriente del fluido en las cavidades 4, 5 se elaboran con el mismo material que el cilindro externo 1, tienen el mismo color, y se fijan a él de una manera que conducen el calor. Su propósito es aumentar el área de intercambio de calor entre el cilindro externo, 1, y el fluido en su interior. [0019] Centrado en el eje del cilindro externo (1) , sobre su base no aislada se ajusta un motor eléctrico, 17, con su rotor 18, ajustado en un manguito 20, fijado sobre la superficie de soporte de la carcasa externa 19. [0020] Este motor eléctrico tiene el objetivo de rotar el IR en relación con la OS y en términos absolutos actuar como centrifugador. El motor 15 se adapta al cilindro exterior 1, de manera que conduce el calor para permitir que las pérdidas de calor en su interior (debido a las pérdidas de resistencia eléctrica y fricción) sean devueltas de la manera más eficiente posible al fluido dentro de la cavidad 5. [0021] El manguito, 20, permite el movimiento a lo largo del eje, para conseguir una temperatura relacionada con la expansión/contracción, pero no permite la rotación... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Instalación diseñada para convertir una energía térmica disponible dentro un entorno de trabajo dado en energía útil caracterizada porque comprende: una carcasa exterior (OS) , de forma preferiblemente cilíndrica, provista con una válvula bidireccional (63) conteniendo un rotor interior cilíndrico (IR) separado de la carcasa exterior (OS) por un espacio vacío y sujeto por la carcasa exterior en dos superficies de soporte (19, 38) , el rotor interior (IR) está elaborado con tres partes cilíndricas huecas elaboradas con un material conductor del calor, una dentro de la otra fijas las unas a las otras alrededor de su eje de rotación común (18) , la primera parte es un cilindro externo cerrado y hueco (1) que encierra la segunda parte que consiste en un cilindro medio más pequeño (2) y la tercera parte que consiste en un cilindro interno (3) formado dentro de un cilindro medio (2) alrededor del eje de rotación común, porque el cilindro interno (3) está abierto en sus extremos axiales y provisto con dos sellos controlados (41, 42) que permiten cerrar o abrir la cavidad (7) formada en el interior del cilindro interno (3) , porque el cilindro medio (2) está cerrado alrededor del cilindro interno (3) formando una cavidad (40) , porque la pared del cilindro interno (3) , una de las paredes del extremo del cilindro medio (2) y la opuesta al cilindro externo (1) se proporciona con una capa de aislamiento térmico (26, 25) , porque la periferia del extremo del cilindro medio (2) provista de una capa de aislamiento térmico (26) se proporciona con un conjunto de válvulas controladas o una falda de sellado controlado (30) que permite separar herméticamente en dos partes la cavidad (4, 5, 6) formada entre las paredes de los cilindros medio (2) y externo (1) y abrir o cerrar el canal entre dichas partes, porque el cilindro externo (1) se proporciona con una válvula unidireccional (32) y una válvula bidireccional (33) , porque el conjunto de hélices (13) se proporciona dentro del cilindro interno (3) equipado con medios que permiten convertir la energía rotacional de las hélices en energía útil, porque un motor se sitúa dentro de la carcasa exterior (OS) diseñado para activar la rotación del rotor interno (IR) , porque los medios proporcionados para controlar el motor (17) , las hélices, los sellos, para transmitir al exterior de la instalación la energía rotacional convertida de las hélices para controlar la temperatura y presión dentro del rotor interno (IR) y porque un fluido presurizado se sitúa en el interior del rotor interno (IR) .

2. La instalación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la superficie lateral externa del rotor exterior (1) está provista de aletas de intercambio térmico (23) circulares, porque la superficie interna del cilindro exterior (1) se proporciona con aletas de intercambio térmico (21) que son perpendiculares a su superficie y paralelas a su eje y convergen en el eje de rotación.

3. La instalación de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque las hélices están equipadas con medios que convierten su energía rotacional en energía eléctrica.

4. La instalación de acuerdo con una de las reivindicaciones de la 1 a la 3, caracterizada porque -el cilindro exterior (1) está provisto de una sección de capa con forma anular de un material de aislamiento térmico (70) situada cerca de la base cerrada en el lateral de la cavidad (6) como parte del cilindro externo (1) , -dos superficies planas con forma anular (71, 72) de un material de aislamiento térmico se fijan alrededor del exterior de la capa de sección con forma anular (70) , -la carcasa exterior (61) , provista con una capa anular de material de aislamiento térmico (73)

frente y paralela a la capa equivalente de material aislante (70) , en el cilindro exterior (1) , -en el lateral interior del área de la carcasa exterior (61) provista con dicha capa anular de

material de aislamiento térmico (73) se fijan dos superficies planas anulares de aislamiento térmico (74, 75) , -una sección de aislamiento térmico (76) se fija al exterior de dicha capa anular de material de

aislamiento térmico (73) , -las paredes del extremo de base del cilindro exterior (1) no están

provistas de una capa de aislamiento térmico, -varias aletas de intercambio de calor conductoras del calor (77) , se fijan de manera que conducen el calor al interior de la base del cilindro exterior (1) , -varias aletas de intercambio conductoras del calor (78, 79; 80, 81) se fijan de manera que conducen el calor en los radios variables alrededor de ambos extremos del eje de rotación situados dentro de la carcasa exterior (Os) .

5. El proceso implementando la instalación de acuerdo con una de las reivindicaciones de la 1 a la 3 para convertir la energía térmica disponible en un entorno de trabajo dado en energía útil caracterizado por los pasos siguientes:

- se presuriza un fluido dentro de la cavidad (60) formada entre la carcasa exterior (OS) y el rotor interno (IR) , el fluido pasando a través de la válvula de no-retorno (32) del cilindro exterior (1) , hacia las cavidades del rotor interno (IR) ;

- tras conseguir rellenar con el fluido presurizado de manera homogénea todas las cavidades del rotor interno (IR) , la presión del fluido alrededor del rotor interno (IR) cae, provocando así que la válvula de no-retorno (32) del cilindro externo (1) se bloquee; -el fluido se evacua de la cavidad (60) entre la carcasa externa (OS) y el rotor interno (IR) bombeándolo hacia fuera, para conseguir condiciones de casi absoluto vacío; -la carcasa exterior (OS) se coloca entonces en un entorno enfriado;

- una vez que se alcanza la temperatura fría deseada a través del rotor interno (IR) , el sello (42) situado en el extremo del cilindro interno (3) cercano a las paredes provistas con la capa de aislamiento está cerrado herméticamente mientras que el sello (41) situado en el otro extremo del cilindro interno (3) y el conjunto de válvulas o la falda de sellado (30) se cierran de manera que permiten una corriente de fluido para ecualizar las presiones;

-el motor (17) se activa, girando el rotor interno (IR) a una frecuencia angular de rotación deseada (ω) mientras que la carcasa exterior (OS) se mantiene dentro del mismo ambiente frío hasta que la temperatura se estabiliza bajo condiciones de rotación; -además, la carcasa exterior (OS) se sitúa en un entorno de trabajo que tiene una temperatura más alta que tras el enfriamiento provocando que las temperaturas dentro de las cavidades del rotor interno aumenten debido a la radiación emitida por la energía térmica del entorno, recibida desde la carcasa exterior (OS) a través de la cavidad vacía (60) y la temperatura de las áreas aisladas aumenta mucho menos que las temperaturas de las áreas no aisladas; -las temperaturas de las secciones aisladas y no aisladas se controlan, ajustando el tiempo de exposición para alcanzar un diferencial máximo y provocar diferencias de densidad correspondientes entre el fluido en las áreas más frías y el fluido situado en las áreas más calientes, acoplado con las condiciones centrífugas a las que el fluido se somete debido a la rotación, generando diferenciales de presión entre los diferenciales de presión del fluido más caliente y el más frío que provoca la corriente del fluido desde áreas de presión altas y bajas en busca de un equilibrio de presión; -una vez que el flujo para y el fluido en las cavidades se encuentra en condiciones prácticamente de reposo, los sellos (41, 42) en los extremos del cilindro interno (3) y el conjunto de válvulas o la falda de sellado (30) se abren, provocando debido a los diferenciales de presión la corriente del fluido desde las áreas más calientes a las más frías dentro del cilindro interno (3) , la corriente del fluido activa las hélices a partir de las cuales se convierte la energía rotacional en una energía útil y provoca el enfriamiento del fluido que continua fluyendo hacia la parte del rotor interno (IR) provisto con una capa de aislamiento y conteniendo el fluido más frío; -el fluido más frío continúa posteriormente fluyendo a través del conjunto de válvulas o de la falda de sellado (30) hacia las áreas no aisladas del rotor interno (IR) donde aumenta su temperatura debido a la energía térmica del entorno.

6. El proceso de acuerdo con la reivindicación 5, implementando la instalación de acuerdo con

la reivindicación 4, caracterizado porque: después de activar el motor (17) , rotando el rotor interno (IR) a una frecuencia angular de rotación deseada (ω) mientras que la carcasa exterior (OS) se mantiene opcionalmente dentro del mismo ambiente frío hasta que la temperatura se estabiliza bajo condiciones de rotación, la carcasa exterior (OS) se sitúa en un ambiente de trabajo de dos áreas de temperaturas diferentes produciendo energía útil.

7. El proceso de acuerdo con la reivindicación 5 o 6, caracterizado porque dicho fluido dentro de las áreas del rotor interno se lleva a una temperatura a la que el fluido está cerca de cambiar de fase (condensación) por la salida de energía de la instalación atenuando así los efectos negativos del calentamiento y enfriamiento relacionados con la compresión y descompresión que tienen lugar en áreas más calientes y más frías (5, 6) del rotor interno (IR) , mejorando así los parámetros de rendimiento de la instalación.

8. El proceso de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque se utiliza una mezcla de fluidos en lugar de un fluido monotipo, para conseguir una temperatura de mezcla de fluidos que permite que uno o más fluidos mantengan un comportamiento de estado gaseoso tras la salida de energía en un área (7) situada dentro del cilindro interno (3) , mientras que se permiten condensar uno

o más fluidos mejorando así la capacidad de la mezcla de fluidos para sacar provecho de la absorción y de la liberación de la energía latente del cambio de fase para contrarrestar los efectos de calentamiento/enfriamiento relacionados con la compresión y descompresión que tienen lugar en la instalación en áreas más calientes y más frías (5, 6) .

pérdidasdecalor

fluido corriente


 

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