Recuperación de aceite de un evaporador de un sistema de ciclo de Rankine orgánico (ORC).

Un sistema (100) para recuperar aceite en un sistema de ciclo de Rankine orgánico (ORC) que tiene unevaporador (16),

una turbina (18) y un condensador (12), comprendiendo el sistema:

una tubería (102, 104) de recuperación configurada para retirar una mezcla de aceite y refrigerante del evaporador;

un intercambiador (34) de calor configurado para aumentar una temperatura de la mezcla de tal manera que elrefrigerante líquido de la mezcla se evapore para producir una mezcla de aceite y refrigerante evaporado; y

una tubería (110) de entrega configurada para suministrar la mezcla de aceite y refrigerante evaporado a la turbina,caracterizado porque la tubería (110) de entrega es adecuada para suministrar la mezcla de aceite y refrigeranteevaporado a un alojamiento (42) de descarga de la turbina, y el alojamiento de descarga es adecuados para separarel aceite y el refrigerante evaporado.

Recuperación de aceite de un evaporador de un sistema de ciclo de Rankine orgánico (ORC)

Antecedentes La presente revelación se refiere a un sistema de ciclo de Rankine orgánico (ORC) . Más particularmente, la presente 5 revelación se refiere a un método y sistema mejorados para recuperar aceite de un evaporador de un sistema de ORC. Se describe en el documento JP 59-115047 un ejemplo de un sistema de ORC.

Los sistemas de ciclo de Rankine se usan comúnmente para generar energía eléctrica. El sistema de ciclo de Rankine incluye un evaporador o una caldera para evaporación de un fluido motriz, una turbina que recibe el vapor procedente del evaporador para accionar un generador, un condensador para condensar el vapor, y una bomba u otros medios para reciclar el fluido condensador hacia el evaporador. El fluido motriz en sistemas de ciclo de Rankine es a menudo agua y, por tanto, la turbina es accionada por vapor de agua. Un sistema de ciclo de Rankine orgánico (ORC) funciona de manera similar a un ciclo de Rankine tradicional, excepto en que un sistema de ORC usa un fluido orgánico, en vez de agua, como el fluido motriz.

Puede usarse aceite para la lubricación del sistema de ORC, particularmente dentro de la turbina. Por ejemplo, el

aceite proporciona lubricación a los cojinetes de la turbina. Durante la operación del sistema de ORC, el aceite puede migrar desde la turbina a otras áreas del sistema. El aceite puede desplazarse, con el refrigerante, desde la turbina hacia el condensador y posteriormente al evaporador. En algunos casos, puede ser difícil recuperar el aceite del evaporador, lo cual da como resultado una disminución de la cantidad de aceite disponible para la operación de la turbina.

Existe la necesidad de un método y un sistema para recuperar el aceite del evaporador del sistema de ORC y entregarlo de vuelta a la turbina.

Sumario Visto desde un primer aspecto, la presente invención proporciona un sistema para recuperar aceite en un sistema de ciclo de Rankine orgánico (ORC) que tiene un evaporador, una turbina y un condensador, comprendiendo el 25 sistema: una tubería de recuperación configurada para retirar una mezcla de aceite y refrigerante del evaporador; un intercambiador de calor configurado para aumentar una temperatura de la mezcla de tal manera que el refrigerante líquido de la mezcla se evapore para producir la mezcla de aceite y refrigerante evaporado; y una tubería de entrega configurada para suministrar una mezcla de aceite y refrigerante evaporado a la turbina, caracterizado porque la tubería de entrega reparte la mezcla de aceite y refrigerante evaporado a un alojamiento de descarga de la turbina, y

el alojamiento de descarga separa el aceite y el refrigerante evaporado.

Visto desde un segundo aspecto, la presente invención proporciona un método para recuperar aceite en un sistema de ciclo de Rankine orgánico (ORC) que tiene un evaporador, una turbina, una cárter de aceite, un condensador comprendiendo el método: retirar una mezcla de aceite y refrigerante del evaporador; aumentar una temperatura de la mezcla de tal manera que se evapore el refrigerante líquido de la mezcla; separar el aceite y el refrigerante evaporado; y entregar el aceite al cárter de aceite, caracterizado porque la separación del aceite y el refrigerante evaporado se realiza por un alojamiento de descarga de la turbina.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 es un esquema de un sistema de ciclo de Rankine orgánico (ORC) , que incluye un evaporador y una turbina.

La figura 2 es un esquema del evaporador y la turbina de la figura 1, así como de un sistema de recuperación de aceite para retirar aceite del evaporador.

La figura 3 es otro esquema del evaporador, la turbina y el sistema de recuperación de aceite, así como de un sistema eductor para retirar aceite de la turbina y devolverlo a un cárter de aceite.

Descripción detallada 45 Puede usarse un sistema de ciclo de Rankine orgánico (ORC) para generar energía eléctrica. Se usa aceite dentro del sistema de ORC para proporcionar lubricación a diversas piezas del equipo, particularmente dentro de una turbina del sistema de ORC. Sin embargo, cuando el ORC está funcionando, el aceite puede desplazarse hacia otras partes del sistema de ORC. Comúnmente, el aceite se desplaza con el refrigerante desde el condensador al evaporador. Si no se recupera el aceite del evaporador, puede no haber suficiente aceite en el cárter de aceite para 50 arrancar la turbina o continuar operando la turbina. En ese caso, puede necesitarse de un técnico para que añada físicamente aceite al cárter de aceite con el fin de permitir un arranque del sistema. El exceso de aceite se retira manualmente del sistema de ORC una vez que la turbina está en un modo operacional. Esta revelación se concentrada en un método y sistema para recuperar el aceite del evaporador de modo que el cárter de aceite tenga una cantidad adecuada de aceite, especialmente para el arranque.

La figura 1 es un esquema de un sistema 10 de ORC, el cual incluye un condensador 12, una bomba 14, un evaporador 16, una turbina 18 y un sistema eductor 20 conectado a la turbina 18. El refrigerante 22 circula a través 5 del sistema 10 y se usa para generar potencia eléctrica. Un refrigerante líquido 22a proveniente del condensador 12 atraviesa la bomba 14, dando como resultado un aumento de la presión. El refrigerante líquido 22a a alta presión entra en el evaporador 16, el cual utiliza una fuente de calor 24 para evaporar el refrigerante 22. La fuente de calor 24 puede incluir, pero no está limitada por ello, cualquier tipo de calor residual, incluyendo células de combustible, microturbinas y motores de vaivén, y otros tipos de fuentes de calor, tales como solar, geotérmica o gas residual. El 10 refrigerante 22 que sale del evaporador 16 es un refrigerante evaporado (22b) , en cuyo punto atraviesa una válvula 26 de admisión de la turbina y se introduce en la turbina 18. El refrigerante evaporado 22b se usa para accionar la turbina 18, la cual, a su vez, alimenta un generador 28 de tal manera que el generador 28 produzca energía eléctrica. El refrigerante evaporado 22b que sale de la turbina 18 es devuelto al condensador 12, en donde es condensado de vuelta al refrigerante líquido 22a. Se usa un disipador térmico 30 para proporcionar agua de refrigeración al condensador 12.

El sistema eductor 20 está conectado a la turbina 18 y está configurado para retirar aceite de aquellas áreas de la turbina 18 en donde pueda recogerse habitualmente. Según se explica con mayor detalle a continuación con referencia a la figura 3, una tubería 32 de eductor recibe una porción de refrigerante evaporado 22b que fluye desde el evaporador 16 y entrega el refrigerante 22b al sistema eductor 20.

Dentro del sistema 10, se usa aceite primariamente dentro de la turbina 18. Más específicamente, el aceite se usa comúnmente para los engranajes y los cojinetes de la turbina 18 (véase figura 3) . Sin embargo, durante la operación del sistema 10 parte del aceite puede abandonar la turbina 18. En ese caso, el aceite se lleva típicamente por el refrigerante evaporado 22b al condensador 12. El aceite se combina entonces con el refrigerante condensado 22a que sale del condensador 12 y se desplaza con el refrigerante 22a hacia el evaporador 16. Sin embargo,

dependiendo del diseño del evaporador 16 el refrigerante evaporado 22b que sale del evaporador 16 puede no tener suficiente velocidad para transportar al aceite de vuelta a la turbina 18. En algún punto, el nivel de aceite en un cárter de aceite de la turbina 18 puede llegar a ser demasiado bajo. Un intercambiador 34 de calor está conectado al evaporador 16 y está configurado para recibir una mezcla de aceite (líquido) y refrigerante (líquido y vapor) del evaporador 16, y evaporar el refrigerante líquido. La mezcla de aceite y refrigerante evaporado se desplaza entonces a la turbina 18, en donde se separan fácilmente el aceite y el refrigerante. El aceite se puede entregar entonces al cárter de aceite de la turbina 18. Esto se describe con más detalle a continuación con referencia a las figuras 2 y 3.

Según se muestra en la figura 1, el sistema 10 de ORC también incluye una válvula de derivación 36 y una tubería de derivación 38, que pueden usarse para impedir que el refrigerante 22b atraviese la turbina 18 durante un 35 arranque. Durante un arranque del sistema 10, la turbina 18 funciona temporalmente en un modo de derivación, durante ese tiempo ésta no recibe refrigerante alguno, con el fin de alcanzar las condiciones de funcionamiento predeterminadas (es decir, temperatura y presión) de la turbina 18. En ese caso, el refrigerante 22b fluye a través de la tubería... [Seguir leyendo]

1. Un sistema (100) para recuperar aceite en un sistema de ciclo de Rankine orgánico (ORC) que tiene un evaporador (16) , una turbina (18) y un condensador (12) , comprendiendo el sistema:

una tubería (102, 104) de recuperación configurada para retirar una mezcla de aceite y refrigerante del evaporador;

un intercambiador (34) de calor configurado para aumentar una temperatura de la mezcla de tal manera que el refrigerante líquido de la mezcla se evapore para producir una mezcla de aceite y refrigerante evaporado; y

una tubería (110) de entrega configurada para suministrar la mezcla de aceite y refrigerante evaporado a la turbina,

caracterizado porque la tubería (110) de entrega es adecuada para suministrar la mezcla de aceite y refrigerante evaporado a un alojamiento (42) de descarga de la turbina, y el alojamiento de descarga es adecuados para separar 10 el aceite y el refrigerante evaporado.

2. El sistema según la reivindicación 1, en el que la tubería de recuperación incluye una lumbrera (102) de barrido para retirar la mezcla de aceite y refrigerante del evaporador.

3. El sistema según la reivindicación 1, en el que la tubería de recuperación incluye un desespumador de aceite

configurado para flotar sobre un refrigerante líquido dentro del evaporador, y retirar la mezcla de aceite y refrigerante 15 del evaporador.

4. El sistema según la reivindicación 1, 2 o 3, en el que la tubería de recuperación incluye un orificio (104) para restringir el flujo de la mezcla antes de hacer pasar la mezcla líquida a través del intercambiador de calor.

5. El sistema según cualquier reivindicación precedente, que además comprende: un primer eductor (62) para extraer líquido de la turbina y entregar el líquido a un cárter (56) de aceite.

6. Un método para recuperar aceite en un sistema de ciclo de Rankine orgánico (ORC) que tiene un evaporador (16) , una turbina (18) , un cárter (56) de aceite y un condensador (12) , comprendiendo el método: retirar una mezcla de aceite y refrigerante del evaporador; aumentar una temperatura de la mezcla de tal manera que se evapore el refrigerante líquido de la mezcla; separar el aceite y el refrigerante evaporado; y

entregar el aceite al cárter de aceite, caracterizado porque la separación del aceite y el refrigerante evaporado se realiza por un alojamiento (42) de descarga de la turbina.

7. El método según la reivindicación 6 que además comprende: entregar el refrigerante evaporado al condensador (12) , después de separar el aceite y el refrigerante evaporado.

8. El método según la reivindicación 6 o 7, en el que la entrega del aceite al cárter de aceite comprende: entregar el aceite a un alojamiento (42) de descarga de la turbina; retirar el aceite del alojamiento de descarga usando un sistema eductor (62) .

9. El método según la reivindicación 6, 7 u 8, que además comprende:

restringir un flujo de la mezcla de aceite y refrigerante usando un orificio (104) antes de aumentar la temperatura de 35 la mezcla.

10. El método según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en el que la retirada de la mezcla de aceite y refrigerante del evaporador se realiza por una lumbrera (102) de barrido conectada al evaporador.

11. El método según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en el que la retirada de la mezcla de aceite y refrigerante del evaporador se realiza por un desespumador de aceite dentro del evaporador.