Sistema de cogeneración de salida térmica variable.
Sistema de cogeneración que comprende:
un motor de combustión externa (1);
una cámara de combustión que tiene un quemador (2) para suministrar calor al motor de combustiónexterna;
un generador accionado por el motor de combustión externa para producir una salida de energía eléctrica;
un intercambiador de calor para recuperar calor de los gases de escape del motor para producir una salidatérmica;
unos medios de suministro de aire (5) capaces de variar el caudal de aire al motor;
unos medios de suministro de combustible (6) capaces de variar el caudal de combustible al motor; y
un sistema de control electrónico (11) encargado de aumentar la velocidad de suministro de aire ycombustible al motor en respuesta a una demanda en el sistema de cogeneración de un nivel elevado desalida térmica que es superior a un nivel normal de salida térmica, en proporciones relativas tales que lasalida térmica del sistema de cogeneración aumenta proporcionalmente en mayor medida que cualquieraumento en la salida de energía eléctrica; caracterizado porque:
el sistema de control electrónico (11) se encarga de aumentar la velocidad de suministro de aire al motorproporcionalmente más que la velocidad de suministro de combustible, en respuesta a una demanda de unnivel elevado de salida térmica.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/NZ2008/000196.
Solicitante: SUMA ALGEBRAICA S.L.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: CHOKARDELL,FLORIN SILVIU GABRIEL.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F02G1/043 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION. › F02G PLANTAS MOTRICES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO DE GASES CALIENTES O PRODUCTOS DE COMBUSTION (plantas motrices de vapor, plantas motrices de vapor especial, plantas motrices que funcionan o con gases calientes o con productos de combustión junto con otro fluido F01K; plantas motrices de turbina de gas F02C; plantas motrices de propulsión a reacción F02K ); UTILIZACION DEL CALOR PERDIDO EN LOS MOTORES DE COMBUSTION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR. › F02G 1/00 Plantas motrices de desplazamiento positivo que utilizan gases calientes. › el motor es accionado por expansión y contracción de una masa de gas energético el cual se calienta y enfría en una de las diversas cámaras expansibles que se comunican constantemente, p. ej. motores del tipo ciclo Stirling.
- F02G1/055 F02G 1/00 […] › Calentadores o enfriadores.
- F03G5/02 F […] › F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR. › F03G MOTORES DE RESORTES, DE PESOS, DE INERCIA O ANALOGOS; DISPOSITIVOS O MECANISMOS QUE PRODUCEN UNA POTENCIA MECANICA, NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR O QUE UTILIZAN UNA FUENTE DE ENERGIA NO PREVISTA EN OTRO LUGAR (disposiciones relativas a la alimentación de energía obtenida a partir de fuerzas de la naturaleza en los vehículos B60K 16/00; propulsión eléctrica de los vehículos por fuente de energía obtenida a partir de fuerzas de la naturaleza B60L 8/00). › F03G 5/00 Dispositivos para producir potencia mecánica a partir de energía muscular (accionamiento de ciclos B62M). › del tipo de paso sin fin, p. ej. rueda de pedal.
PDF original: ES-2431166_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Sistema de cogeneración de salida térmica variable.
SECTOR DE LA TÉCNICA
La invención se relaciona generalmente con sistemas de cogeneración para generación combinada de calor y energía eléctrica que tienen una salida de calor variable, que puede ser un quemador.
ESTADO ANTERIOR DE LA TÉCNICA
En un sistema de cogeneración se usa un motor térmico para generar electricidad, y se usan intercambiadores de calor del refrigerante y de los gases de escape del motor para recuperar calor del refrigerante del motor y de los gases de escape del motor.
En muchas aplicaciones la demanda térmica máxima excede la cantidad de calor que puede extraerse del motor cuando está operando al 100% de su capacidad, requiriéndose una entrada de calor suplementaria. Los sistemas típicos permiten una cantidad variable de salida de calor suplementaria quemando combustible y aire adicionales mediante un quemador auxiliar, para generar calor adicional. Los gases de escape calientes procedentes de los quemadores principal y auxiliar se dirigen al intercambiador de calor de los gases de escape o a la caldera.
Una desventaja de los sistemas de cogeneración que comprenden un quemador auxiliar es que el quemador auxiliar y el equipo de control de combustión asociado al quemador auxiliar se añaden a los costes de inversión y de funcionamiento del sistema de cogeneración, así como al tamaño (y peso) de la unidad de cogeneración. Un ejemplo se muestra en la publicación internacional WO 03/052328.
Es un objeto de al menos algunas realizaciones de la invención abordar los problemas anteriores o al menos proporcionar al público una alternativa útil.
EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN
En líneas generales, en un primer aspecto la invención proporciona un sistema de cogeneración que comprende:
un motor de combustión externa; una cámara de combustión que tiene un quemador para suministrar calor al motor de combustión externa; un generador accionado por el motor de combustión externa para producir salida de energía eléctrica; un intercambiador de calor para recuperar calor de los gases de escape del motor para producir una salida térmica; unos medios de suministro de aire capaces de variar la velocidad del flujo de aire al motor; unos medios de suministro de combustible capaces de variar la velocidad del flujo de combustible al motor; y un sistema de control electrónico encargado de aumentar la velocidad de suministro de aire y combustible al motor en respuesta a una demanda en el sistema de cogeneración de un nivel elevado de salida térmica que es superior a un nivel normal de salida térmica, en proporciones relativas tales que la salida térmica del sistema de cogeneración aumenta proporcionalmente en mayor medida que cualquier aumento en la salida de energía eléctrica.
El sistema de control electrónico se encarga de aumentar la velocidad de suministro de aire al motor proporcionalmente más que la velocidad de suministro de combustible, en respuesta a una demanda de un nivel elevado de salida térmica.
Preferiblemente el sistema de control electrónico se encarga de aumentar la velocidad de suministro de aire y combustible al motor en respuesta a una demanda en el sistema de cogeneración de un nivel elevado de salida de energía térmica, en proporciones relativas tales que la salida térmica aumenta sustancialmente sin ningún aumento en la salida de energía eléctrica.
Los medios de suministro de aire y los medios de suministro de combustible pueden encargarse de suministrar aire y combustible al motor a una primera velocidad y en una primera relación aire:combustible inferior a dicho nivel normal de salida térmica y a una segunda velocidad superior y en una segunda relación aire:combustible superior a dicho nivel elevado de demanda térmica. Alternativamente, los medios de suministro de aire y los medios de suministro de combustible pueden encargarse de suministrar aire y combustible al motor en una primera relación aire:combustible inferior a dicho nivel normal de demanda térmica y de variar la velocidad de suministro de aire y combustible a lo largo de un intervalo superior, en una segunda relación aire:combustible superior, en respuesta a un nivel variable de demanda térmica a lo largo de un intervalo por encima de la salida térmica normal. El sistema de control puede encargarse también de variar la relación aire:combustible a lo largo de un intervalo en respuesta a dicho nivel variable de demanda térmica por encima de la salida térmica normal.
En líneas generales, en un segundo aspecto la invención proporciona un método de funcionamiento de un sistema de cogeneración que comprende un motor de combustión externa, un generador accionado por el motor de combustión externa para producir electricidad y un intercambiador de calor para recuperar calor de los gases de escape del motor, que comprende bajo una demanda térmica superior en la unidad de cogeneración aumentar la velocidad del flujo de aire y combustible al motor mientras se varía la relación aire:combustible de modo que la salida de energía térmica del sistema de cogeneración aumente a una velocidad proporcionalmente mayor que cualquier aumento en la salida de energía eléctrica.
En líneas generales, en un tercer aspecto la invención proporciona un sistema de cogeneración para producir electricidad y calor que comprende:
un motor de combustión externa; un generador accionado por el motor de combustión externa para producir electricidad; un intercambiador de calor para recuperar calor de los gases de escape del motor; un sistema de control electrónico encargado de aumentar la velocidad de suministro de aire y combustible al motor y de provocar que un flujo o flujos de aire adicional se mezclen con los gases de combustión procedentes de un quemador del motor de combustión externa para diluir los gases de combustión en el momento de o antes del contacto con una culata o culatas de calentador del motor, en respuesta a una demanda en el sistema de cogeneración de un nivel elevado de salida de calor que es superior a un nivel normal de salida térmica de manera que la salida de energía térmica del sistema de cogeneración aumenta proporcionalmente en mayor medida que cualquier aumento en la salida de energía eléctrica. El sistema de cogeneración puede incluir una válvula de derivación para dirigir parte del flujo de aire procedente de dicho ventilador para que entre en el área de mezclado por debajo de dicho quemador como dicho flujo o flujos de aire adicional, o un ventilador para dirigir aire al interior de de dicha área de mezclado por debajo de dicho quemador como dicho flujo o flujos de aire adicional.
En términos generales, en un cuarto aspecto la invención proporciona un método de funcionamiento de un sistema de cogeneración que comprende un motor de combustión externa, un generador accionado por el motor de combustión externa para producir electricidad y un intercambiador de calor para recuperar calor de los gases de escape del motor, que comprende bajo una demanda térmica superior en el sistema de cogeneración aumentar la velocidad del flujo de aire y combustible a un quemador del motor mientras también se admite aire adicional para mezclarlo con los gases de combustión procedentes del quemador en el momento de o antes del contacto de los gases de combustión con una culata o culatas de calentador del motor, de tal manera que la salida de energía térmica aumente a una velocidad proporcionalmente mayor que cualquier aumento en la salida de energía eléctrica.
El término “que comprende/comprendiendo” tal como se usa en esta memoria descriptiva significa “que consiste al menos en parte en”. Al interpretar cada frase en esta memoria descriptiva que incluye el término “que comprende/comprendiendo”, otras características aparte de las descritas pueden estar presentes. Términos relacionados tales como “comprende” y “comprenden” han de interpretarse de la misma forma.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La invención se describe adicionalmente a modo sólo de ejemplo y con referencia a los siguientes dibujos en los que:
La figura 1 es un diagrama esquemático de una primera realización preferente de un sistema de cogeneración de la invención,
La figura 2 es una curva de control representativa utilizada por el sistema de cogeneración de la figura 1,
La figura 3 es un diagrama esquemático de una segunda realización preferente de un sistema de cogeneración de la invención, y
La figura 4 es un diagrama esquemático de una tercera realización preferente de un sistema de cogeneración de la invención.
EXPOSICIÓN DETALLADA... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Sistema de cogeneración que comprende: un motor de combustión externa (1) ; una cámara de combustión que tiene un quemador (2) para suministrar calor al motor de combustión externa; un generador accionado por el motor de combustión externa para producir una salida de energía eléctrica; un intercambiador de calor para recuperar calor de los gases de escape del motor para producir una salida térmica; unos medios de suministro de aire (5) capaces de variar el caudal de aire al motor; unos medios de suministro de combustible (6) capaces de variar el caudal de combustible al motor; y un sistema de control electrónico (11) encargado de aumentar la velocidad de suministro de aire y combustible al motor en respuesta a una demanda en el sistema de cogeneración de un nivel elevado de salida térmica que es superior a un nivel normal de salida térmica, en proporciones relativas tales que la salida térmica del sistema de cogeneración aumenta proporcionalmente en mayor medida que cualquier aumento en la salida de energía eléctrica; caracterizado porque: el sistema de control electrónico (11) se encarga de aumentar la velocidad de suministro de aire al motor proporcionalmente más que la velocidad de suministro de combustible, en respuesta a una demanda de un nivel elevado de salida térmica.
2. Sistema de cogeneración según la reivindicación 1, en donde el sistema de control electrónico (11) se encarga de aumentar la velocidad de suministro de aire y combustible al motor en respuesta a una demanda en el sistema de cogeneración de un nivel elevado de salida térmica, en proporciones relativas tales que la salida térmica aumenta sustancialmente sin ningún aumento en la salida de energía eléctrica.
3. Sistema de cogeneración según la reivindicación 1 o 2, en donde los medios de suministro de aire (5) y los medios de suministro de combustible (6) se encargan de suministrar aire y combustible al motor a una primera relación aire:combustible inferior a dicho nivel normal de salida térmica y en una segunda relación aire:combustible inferior a dicho nivel elevado de demanda térmica.
4. Sistema de cogeneración según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde los medios de suministro de aire (5) y los medios de suministro de combustible (6) se encargan de suministrar aire y combustible al motor a una primera velocidad y a una primera relación aire:combustible inferior a dicho nivel normal de salida térmica y a una segunda, velocidad superior y en una segunda, relación aire:combustible inferior a dicho nivel elevado de demanda térmica.
5. Sistema de cogeneración según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde los medios de suministro de aire y los medios de suministro de combustible se encargan de suministrar aire y combustible al motor a una primera relación aire:combustible inferior a dicho nivel normal de demanda térmica y de variar la velocidad de suministro de aire y combustible a lo largo de un rango superior, a una segunda relación aire:combustible superior, en respuesta a un nivel variable de demanda térmica a lo largo de un intervalo por encima de la salida térmica normal.
6. Sistema de cogeneración según la reivindicación 5, en donde el sistema de control se encarga también de variar la relación aire:combustible a lo largo de un intervalo en respuesta a dicho nivel variable de demanda térmica por encima del nivel normal de salida térmica.
7. Sistema de cogeneración según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el sistema de control electrónico comprende, almacenadas en memoria, una o más representaciones de una curva de control no-lineal o información representativa de tal (es) curva (s) de control.
8. Sistema de cogeneración según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde los medios de suministro de aire están entre una admisión de aire al sistema de cogeneración y la cámara de combustión del motor.
9. Sistema de cogeneración según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde los medios de suministro de aire están después de una salida de gases de escape procedentes de la cámara de combustión y se encargan de afectar al flujo de aire hacia la cámara de combustión afectando al flujo de los gases de escape procedentes de la cámara de combustión.
10. Sistema de cogeneración según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el motor de combustión externa es un motor Stirling.
11. Sistema de cogeneración según la reivindicación 1, en donde el sistema de control electrónico se encarga de aumentar la velocidad de suministro de aire y combustible al motor y de provocar dichos flujo o flujos de aire adicional en respuesta a una demanda en el sistema de cogeneración de un nivel elevado de salida de
energía térmica, de tal manera que la energía térmica aumenta sustancialmente sin ningún aumento en la salida de energía eléctrica.
12. Método de funcionamiento de un sistema de cogeneración que comprende un motor de combustión externa
(1) , un generador accionado por el motor de combustión externa para producir electricidad y un intercambiador de calor para recuperar calor de los gases de escape procedentes del motor, que comprende a un nivel de demanda térmica superior en el sistema de cogeneración: disponer un sistema de control electrónico (11) para aumentar la velocidad de suministro de aire y combustible al motor en respuesta a una demanda en el sistema de cogeneración de un nivel elevado de salida térmica que es mayor que un nivel normal de salida térmica, en proporciones relativas tales que la salida térmica del sistema de cogeneración aumenta proporcionalmente en mayor medida que cualquier aumento en la salida de energía eléctrica, caracterizado porque el sistema de control electrónico (11) se encarga de aumentar la velocidad de suministro de aire al motor proporcionalmente más que la velocidad de suministro de combustible, en respuesta a una demanda de un nivel elevado de salida térmica.
13. Método según la reivindicación 12, en donde el sistema aumenta el caudal de aire y combustible a un quemador del motor mientras también admite aire adicional para mezclar con los gases de combustión procedentes del quemador en el momento de o antes del contacto de los gases de combustión con una culata o culatas de calentador del motor, de tal manera que la salida de energía térmica aumenta a una velocidad proporcionalmente mayor que cualquier aumento en la salida de energía eléctrica.
FIG. 1
FIG. 2
FIG. 3
FIG. 4
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