Procedimiento de recuperación de energía al comprimir un gas con un compresor.

Procedimiento de recuperación de energía al comprimir un gas con un compresor (1) con dos o más etapas de compresión,

con cada etapa realizada por un elemento compresor (2,3), en donde en cada caso aguas abajo de al menos dos elementos compresores antes mencionados hay un intercambiador de calor (4,5) con una primera y una segunda parte, con la primera parte a través de la cual es guiado el gas comprimido de una etapa de compresión aguas arriba del intercambiador de calor en cuestión y la segunda parte a través de la cual se guía un refrigerante para recuperar parte del calor de compresión del gas comprimido, en donde el refrigerante es guiado sucesivamente en serie a través de la segunda parte de al menos dos intercambiadores de calor (4,5), en donde la secuencia según la cual se guía el refrigerante a través de los intercambiadores de calor (4,5) es elegida de manera que la temperatura en la entrada de la primera parte de al menos un intercambiador de calor subsiguiente es mayor o igual a la temperatura en la entrada de la primera parte de un intercambiador de calor precedente, como se ve en la dirección del flujo del refrigerante, caracterizado porque al menos un intercambiador de calor (4 y/o 17) está provisto de una tercera parte para un refrigerante.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/BE2010/000087.

Solicitante: ATLAS COPCO AIRPOWER, NAAMLOZE VENNOOTSCHAP.

Nacionalidad solicitante: Bélgica.

Dirección: BOOMSESTEENWEG 957 2610 WILRIJK BELGICA.

Inventor/es: JANSSENS,STIJN,JOZEF,RITA,JOHANNA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F04B39/06 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F04 MAQUINAS DE LIQUIDOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO; BOMBAS PARA LIQUIDOS O PARA FLUIDOS COMPRESIBLES.F04B MAQUINAS DE LIQUIDOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO; BOMBAS (bombas de inyección de combustible para motores F02M; máquinas de líquido, o bombas, de tipo pistón rotativo u oscilante F04C; bombas de desplazamiento no positivo F04D; bombeo de fluido por contacto directo con otro fluido o por utilización de la inercia del fluido a bombear F04F; cigüeñales, cabezas de biela, bielas F16C; volantes F16F; transmisiones para convertir un movimiento rotativo en movimiento alternativo y viceversa, en general F16H; pistones, vástagos de pistones, cilindros, en general F16J; bombas iónicas H01J 41/12; bombas electrodinámicas H02K 44/02). › F04B 39/00 Partes constitutivas, detalles o accesorios de bombas o sistemas de bombeo especialmente adaptados para fluídos compresibles, no cubiertos por, o con un interés distinto que, los grupos F04B 25/00 - F04B 37/00 (para el control F04B 49/00). › Refrigeración (de máquinas o motores en general F01P ); Calentamiento; Prevención del hielo.
  • F04C29/04 F04 […] › F04C MAQUINAS DE LIQUIDOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO DE PISTON ROTATIVO U OSCILANTE (motores movidos por líquidos F03C ); BOMBAS PARA LIQUIDOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO DE PISTON ROTATIVO U OSCILANTE (bombas de inyección de combustible para motores F02M). › F04C 29/00 Partes constitutivas, detalles o accesorios de bombas o de instalaciones de bombeo especialmente adaptadas para fluidos compresibles, no cubiertas por los grupos F04C 18/00 - F04C 28/00. › Calentamiento; Refrigeración; Aislamiento térmico.
  • F04D29/58 F04 […] › F04D BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO (bombas de inyección de combustible para motores F02M; bombas iónicas H01J 41/12; bombas electrodinámicas H02K 44/02). › F04D 29/00 Partes constitutivas, detalles o accesorios (elementos de máquinas en general F16). › Refrigeración (de las máquinas o motores en general F01P ); Calentamiento; Reducción de las pérdidas de calor por transferencia.
  • F24J3/00 F […] › F24 CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION.F24J PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN OTROS LUGARES (sustancias a este efecto C09K 5/00; motores u otros mecanismos para producir una potencia mecánica a partir del calor, véanse las clases apropiadas, p. ej. F03G para utilización del calor natural). › Cualquier otra producción o utilización del calor que no proceda de una combustión (utilización del calor solar F24J 2/00).

PDF original: ES-2444499_T3.pdf

 

Procedimiento de recuperación de energía al comprimir un gas con un compresor.

Fragmento de la descripción:

Procedimiento de recuperación de energía al comprimir un gas con un compresor.

La presente invención se refiere a un procedimiento de recuperación de energía.

Más en concreto, la invención se refiere a un procedimiento de recuperación de energía cuando el gas es comprimido por un compresor con dos o más etapas de compresión, con cada etapa realizada por un elemento compresor, y en cada caso aguas abajo de al menos dos elementos compresores antes mencionados hay un intercambiador de calor con una primera y una segunda parte, más específicamente una primera parte a través de la cual se guía el gas comprimido de una etapa de compresión aguas arriba del intercambiador de calor, y una segunda parte a través de la cual se guía el refrigerante para recuperar parte del calor de compresión del gas comprimido. Tal procedimiento se extrae, p. ej. del documento de patente EP 1 591 644 A1.

Es conocido que la temperatura del gas en la entrada de una etapa de compresión tiene importantes efectos en el consumo de energía del compresor.

Por tanto es deseable enfriar el gas entre las sucesivas etapas.

Tradicionalmente se enfría el gas entre dos etapas sucesivas conduciendo el gas a través de la primera parte de un intercambiador de calor, mientras que un refrigerante fluye a través de la segunda parte, generalmente agua.

Por tanto se divide el flujo total de refrigerante suministrado y se distribuye entre el número de intercambiadores de calor usados. En otras palabras, el refrigerante es guiado en paralelo a través de las segundas partes de los intercambiadores de calor.

Lo anterior implica que el refrigerante entra en los diferentes intercambiadores de calor a la misma temperatura.

Al fluir a través de los intercambiadores de calor el refrigerante se calienta. Al abandonar los intercambiadores de calor, se recolecta el refrigerante calentado. En condiciones normales de diseño, este calor es bastante limitado a fin de refrigerar eficientemente con un área limitada de enfriamiento.

No obstante, si ha de hacerse uso del calor almacenado de forma útil, es conveniente que el calentamiento del refrigerante sea mayor, lo cual implica que haya que estrangular el flujo de refrigerante.

Una desventaja de este estrangulamiento es que se reduce enormemente la velocidad del refrigerante que fluye a través de los intercambiadores de calor, por lo que pueden producirse calcificaciones en los diferentes intercambiadores de calor.

Otra desventaja es que la velocidad limitada del refrigerante en los diferentes intercambiadores de calor va en contra de la transferencia de calor óptima en los intercambiadores de calor antes mencionados.

Es objeto de la presente invención proporcionar una solución a una o varias de las desventajas antes mencionadas y/o a otras desventajas proporcionando un procedimiento de recuperación de energía al comprimir un gas con un compresor con dos o más etapas de compresión, con cada etapa realizada por un elemento compresor, en el cual en cada caso aguas abajo de al menos dos elementos compresores antes mencionados hay un intercambiador de calor con una primera y una segunda parte, más específicamente una primera parte a través de la cual se guía el gas comprimido de una etapa de compresión aguas arriba del intercambiador de calor en cuestión y una segunda parte a través de la cual se guía el refrigerante para recuperar parte del calor de compresión del gas comprimido, en donde el refrigerante es guiado en series sucesivas a través de la segunda parte de al menos dos intercambiadores de calor, donde la secuencia en la que se guía el refrigerante a través de los intercambiadores de calor es elegida de manera que la temperatura en la entrada de la primera parte de un intercambiador de calor precedente, visto en la dirección del flujo de refrigerante, y donde al menos un intercambiador de calor está provisto de una tercera parte para un refrigerante.

Una ventaja es que se puede mantener mejor la velocidad del refrigerante suministrado por medio del envío en serie del refrigerante a través de los intercambiadores de calor y no, como es conocido, dividido entre los diferentes intercambiadores de calor.

Una ventaja de esto es que como resultado de la mayor velocidad del refrigerante en los diferentes intercambiadores de calor, se reduce considerablemente el riesgo de calcificación.

Otra ventaja es que la mayor tasa de flujo de refrigerante en los intercambiadores de calor hace posible una mejor transferencia de calor entre el gas comprimido por un lado y el refrigerante por el otro.

Al enviar el refrigerante a través de diferentes intercambiadores de calor según la secuencia antes mencionada, el refrigerante tiene una temperatura más alta después de haber circulado a través de los intercambiadores de calor en comparación con los procedimientos de recuperación de energía existentes.

De esta manera se puede recuperar más energía en comparación con los procedimientos de recuperación de energía existentes.

Según otra característica preferida de la invención, se guía el refrigerante secuencialmente a través de todos los intercambiadores de calor del compresor.

Gracias a que el refrigerante es enviado a través de todos los intercambiadores de calor se puede recuperar un máximo de energía.

Otra característica preferida de la invención consiste en la velocidad de uno o varios elementos compresores regulados según un criterio impuesto.

Los parámetros operativos preferiblemente se programan de manera que cada elemento compresor del compresor consiga la mayor eficiencia posible. Esto no es fácil ya que los diferentes elementos compresores están conectados en serie. De hecho, si un solo elemento compresor opera en condiciones que no son óptimas o incluso perjudiciales para la eficiencia del elemento compresor antes mencionado, entonces esto tiene un impacto en todos los elementos compresores subsiguientes del compresor.

Es importante que los sucesivos elementos compresores armonicen entre sí de manera que el compresor como conjunto pueda conseguir la máxima eficiencia.

Para un compresor con velocidades relativas de las etapas de compresión controlables (por ejemplo un compresor multietapa accionado directamente) , esta armonización de los elementos compresores entre sí se puede realizar, en un procedimiento de acuerdo con la invención, reaccionando a la secuencia según la cual el refrigerante es guiado a través de diferentes intercambiadores de calor y la diferencia de velocidad relativa de las velocidades rotatorias de los sucesivos elementos compresores.

La velocidad rotatoria de uno o más elementos compresores se controla según un criterio impuesto. Más en concreto, la velocidad rotatoria de uno o más elementos compresores preferiblemente se ajusta de manera que los diferentes elementos compresores estén armonizados entre sí de forma óptima, de manera que el compresor como conjunto consiga la mayor eficiencia posible.

Según un aspecto concreto de la invención, las velocidades rotatorias de las etapas de compresión se controlan de manera que se neutralice al menos parcialmente el cambio de cada región de funcionamiento de la fase del compresor como resultado de la recuperación de energía antes mencionada.

Esto se puede hacer por ejemplo controlando las velocidades relativas de manera que las etapas de compresión que se vean más negativamente afectadas por el impacto de las recuperación de energía antes mencionada asuman una pequeña proporción de la carga total, mientras que las etapas de compresión que se vean menos negativamente afectadas por el impacto antes mencionado asumen una mayor proporción de la carga total.

Para un compresor turbo se determina la eficiencia entre otros por la ocurrencia del fenómeno de la “agitación” o bombeado, de manera que puede haber un retorno del flujo de gas que va a través del elemento compresor, cuando el elemento compresor entra a condiciones fuera de su región de funcionamiento de temperatura, presión y velocidad. De manera similar, para cada elemento compresor de tipo tornillo hay una región de funcionamiento concreta de temperatura, presión y velocidad, fuera de la cual el elemento compresor no se puede usar.

Así, la invención ofrece la posibilidad de usar el elemento compresor en esta región de funcionamiento óptima reaccionando a la secuencia de enfriamiento, acoplado al control de velocidad,

De esta manera el compresor puede funcionar más cerca de los límites de su región de funcionamiento sin tener que tener en cuenta una importante región de seguridad en las cercanías de este límite.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de recuperación de energía al comprimir un gas con un compresor (1) con dos o más etapas de compresión, con cada etapa realizada por un elemento compresor (2, 3) , en donde en cada caso aguas abajo de al menos dos elementos compresores antes mencionados hay un intercambiador de calor (4, 5) con una primera y una segunda parte, con la primera parte a través de la cual es guiado el gas comprimido de una etapa de compresión aguas arriba del intercambiador de calor en cuestión y la segunda parte a través de la cual se guía un refrigerante para recuperar parte del calor de compresión del gas comprimido, en donde el refrigerante es guiado sucesivamente en serie a través de la segunda parte de al menos dos intercambiadores de calor (4, 5) , en donde la secuencia según la cual se guía el refrigerante a través de los intercambiadores de calor (4, 5) es elegida de manera que la temperatura en la entrada de la primera parte de al menos un intercambiador de calor subsiguiente es mayor o igual a la temperatura en la entrada de la primera parte de un intercambiador de calor precedente, como se ve en la dirección del flujo del refrigerante, caracterizado porque al menos un intercambiador de calor (4 y/o 17) está provisto de una tercera parte para un refrigerante.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el intercambiador de calor subsiguiente antes mencionado está formado por el último intercambiador de calor a través del cual se guía el refrigerante.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la recuperación de energía se lleva a cabo de manera que tenga un impacto mínimo en la eficiencia total del compresor (1) armonizando la secuencia según la cual se guía el refrigerante a través de los diferentes intercambiadores de calor (4, 5) con el impacto de la secuencia en las diferentes temperaturas de las etapas y su correspondiente efecto en la eficiencia total del sistema.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la secuencia según la cual se guía el refrigerante a través de los diferentes intercambiadores de calor (4, 5) es elegida de manera que, entre dos intercambiadores de calor sucesivos (4, 5) en la secuencia, el refrigerante primero fluya a través del intercambiador de calor en el cual el gas fluye a través de la primera parte del elemento compresor con el menor consumo de energía.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en la última instancia el refrigerante es guiado a través del intercambiador de calor (4) en el cual fluye a través de la primera parte el gas del elemento compresor (2) con el máximo consumo de energía.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el refrigerante es guiado secuencialmente a través de todos los intercambiadores de calor (4, 5) del compresor (1) .

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el gas es comprimido en tres etapas, respectivamente una etapa de baja presión, una primera etapa de alta presión y una segunda etapa de alta presión, seguidas de un primer (17) , un segundo (18) y un tercer (19) intercambiador de calor respectivamente, en donde el refrigerante primero fluye a través del segundo intercambiador de calor (18) , luego a través del tercero

(19) y finalmente a través del primero (17) .

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el refrigerante primero fluye a través de la segunda parte del intercambiador de calor con la tercera parte, luego a través de los otros intercambiadores de calor, y finalmente fluye a través de la tercera parte del intercambiador de calor con la tercera parte.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el gas es comprimido en tres etapas, respectivamente una etapa de baja presión, una primera etapa de alta presión y una segunda etapa de alta presión, seguidas de un primer (17) , un segundo (18) y un tercer (19) intercambiador de calor respectivamente, en donde el refrigerante primero fluye a través del primer intercambiador de calor (17) , luego a través del segundo (18) , del tercero (19) y finalmente de vuelta al primer intercambiador de calor (17) .

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque antes de enviar el refrigerante a través de los diferentes intercambiadores de calor se usa para refrigerar uno o más motores (7, 10, 21 y/o 24) de los elementos compresores y/o de sus respectivos controles del motor (8, 11, 22 y/o 25) .

11. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque un segundo refrigerante fluye a través de la tercera parte antes mencionada.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque el segundo refrigerante también se usa para refrigerar uno o más motores (21, 24) de los elementos compresores y/o de sus respectivos controles del motor (22, 25) .

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la velocidad rotatoria de uno o más elementos compresores (2, 3, 14, 15 y/o 16) es controlada según un criterio impuesto.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque las velocidades rotatorias de las etapas de compresión son controladas a fin de neutralizar al menos parcialmente el cambio de cada región de funcionamiento de la etapa del compresor con al menos dos intercambiadores de calor antes mencionados.

15. Procedimiento según la reivindicación 13 o 14, caracterizado porque las velocidades rotatorias relativas de las etapas de compresión cambian proporcionalmente al cambio de sus respectivas temperaturas de entrada.

16. Procedimiento según la reivindicación 7 o 9, caracterizado porque los elementos compresores (15, 16) de la

primera y la segunda etapa son accionados por un motor común cuya velocidad rotatoria es controlada independientemente del motor del elemento compresor (14) de la etapa de baja presión.

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se usan intercambiadores de calor de tipo tubo que tiene tubos en una carcasa con una entrada y una salida para que fluya un primer medio a través de los tubos y una entrada y una salida para un segundo medio que fluye alrededor de los tubos, y en donde en este caso el refrigerante fluye a través de los tubos y el gas fluye a lo largo de los tubos.

18. Procedimiento según la reivindicación 7 y 11, caracterizado porque el intercambiador de calor con la tercera parte está formado por el primer intercambiador de calor.


 

Patentes similares o relacionadas:

Bomba de calentamiento por líquido para transportar y calentar líquido en un aparato doméstico con circulación de agua, del 10 de Junio de 2020, de BSH HAUSGERÁTE GMBH: Bomba de calentamiento por líquido para transportar y calentar líquido (FL) en un aparato doméstico con circulación de agua, en particular bomba de […]

Compresor de refrigerador de alta capacidad, del 20 de Mayo de 2020, de Daikin Applied Americas Inc: Sistema de refrigerador que comprende: un conjunto de compresor que incluye un motor y una sección aerodinámica , incluyendo dicho motor […]

Bomba con acoplamiento magnético, del 6 de Mayo de 2020, de Leistritz Pumpen GmbH: Bomba con un acoplamiento magnético, que comprende un árbol de rotor alojado giratorio en una carcasa de bomba , que lleva una rueda motriz o un […]

Ventilador de motor de tipo tórico sin núcleo para ventilación y enfriamiento, del 8 de Enero de 2020, de Jang, Suk Ho: Un ventilador de motor de tipo tórico sin núcleo para ventilación y enfriamiento, que comprende: un cuerpo fijo que incluye un cuerpo de […]

Cárter de motor para bombas, en particular bombas centrífugas y bombas centrífugas periféricas, del 8 de Enero de 2020, de DAB PUMPS S.P.A.: Bomba centrífuga , que comprende un cárter de motor , que contiene un motor asociado a una parte hidráulica , provisto por lo menos […]

Disposición de bomba, del 27 de Noviembre de 2019, de KSB SE & Co. KGaA: Disposición de bomba, en particular disposición de bomba con acoplamiento magnético, con un espacio interior formado por una carcasa de bomba de la disposición de bomba, […]

Bomba centrífuga multicelular con variador de frecuencia refrigerado situado entre la bomba y el motor, del 6 de Noviembre de 2019, de INBROOLL INDUSTRIES, S.L: Bomba centrífuga multicelular para bombeo de líquidos con variador de frecuencia refrigerado que incluye: • una cámara estanca atravesada por un árbol […]

Intercambiador de calor de ventilador integrado, del 6 de Noviembre de 2019, de CARRIER CORPORATION: Un conjunto de estator de intercambiador de calor de ventilador integrado que comprende: un cubo y una carcasa ; una […]

Utilizamos cookies para mejorar nuestros servicios y mostrarle publicidad relevante. Si continua navegando, consideramos que acepta su uso. Puede obtener más información aquí. .