Sistema de enfriamiento para un ciclo de Rankine térmico solar.

Sistema (10) de enfriamiento para ciclos de Rankine térmicos solares que comprende al menos una turbina (100) de vapor solar y al menos un depósito (20) de fluido lleno de un fluido (30) de enfriamiento,

al menos un condensador (40) con un lado (42) de depósito y un lado (44) de vapor, que está en conexión térmica con la al menos una turbina (100) de vapor solar para enfriar y condensar el vapor procedente de la al menos una turbina (100) de vapor solar, y en el que el al menos un depósito (20) de fluido está en comunicación de fluido con el lado (42) de depósito del al menos un condensador (40) de manera que el fluido (30) de enfriamiento puede fluir desde el al menos un depósito (20) de fluido a través del lado (42) de depósito y entrar de nuevo en el al menos un depósito (20) de fluido, y al menos un dispositivo (50) de enfriamiento para enfriar el fluido (30) de enfriamiento, comprendiendo el al menos un dispositivo (50) de enfriamiento un lado (52) de fluido y un lado (54) de enfriamiento, en el que el al menos un depósito (20) de fluido está en comunicación de fluido con el lado (52) de fluido del dispositivo (50) de enfriamiento de manera que el fluido (30) de enfriamiento puede fluir desde el al menos un depósito (20) de fluido a través del lado (52) de fluido del dispositivo (50) de enfriamiento para enfriarse y entrar de nuevo en el al menos un depósito (20) de fluido, caracterizado porque el lado (54) de enfriamiento del al menos un dispositivo (50) de enfriamiento está en conexión térmica con el entorno del dispositivo (50) de enfriamiento, y el al menos un dispositivo (50) de enfriamiento está en comunicación de fluido con el entorno del dispositivo (50) de enfriamiento de manera que el gas, en particular aire, que rodea el al menos un dispositivo (50) de enfriamiento puede fluir a través del lado (54) de enfriamiento del al menos un dispositivo (50) de enfriamiento

SISTEMA DE ENFRIAMIENTO PARA UN CICLO DE RANKINE TÉRMICO SOLAR

La presente invención se refiere a un sistema de enfriamiento para el condensador en un ciclo de Rankine, especialmente en un ciclo de Rankine térmico solar. El documento US 4 315 404 da a conocer un sistema de enfriamiento con las características del preámbulo de la reivindicación 1 que puede usarse para ciclos solares. En la actualidad se conocen sistemas de enfriamiento para ciclos de Rankine. Tales sistemas de enfriamiento conocidos enfrían el condensador con el fin de crear un extremo de baja presión de la turbina de vapor. Se introduce vapor a una presión y temperatura altas en el extremo de alta presión de la turbina de vapor y la diferencia de presión entre el extremo de alta presión y el extremo de baja presión de la turbina de vapor impulsa el vapor a través de la turbina de vapor mediante lo cual la capacidad calorífica del vapor se convierte en energía cinética de vapor que simultáneamente mediante la turbina de vapor se transforma en energía mecánica en el eje. Esta energía mecánica en el eje a menudo se transforma adicionalmente en energía eléctrica mediante el uso de un generador aunque también podría usarse para otros fines como por ejemplo el accionamiento directo de una bomba o un compresor. Cuanto mejor sea el enfriamiento del condensador menor será la presión de condensador y, por tanto, más capacidad calorífica del vapor podrá convertirse en energía mecánica en el eje mediante la turbina de vapor.

Por ejemplo el documento US 4.315.404 da a conocer un sistema de enfriamiento para una planta de generación de energía que usa intercambiadores de calor divididos o partidos. Este sistema de alta complejidad usa varios ciclos térmicos diferentes para su estructura de enfriamiento compleja.

Los sistemas de enfriamiento conocidos para el condensador podrían utilizar agua del mar, agua de un lago o agua de río que se bombea a través del lado de medio de enfriamiento de los condensadores. Otros sistemas de enfriamiento conocidos, si no está disponible tal fuente de agua o si tiene una temperatura demasiado alta, son en cambio enfriar el condensador con el aire ambiente, o bien directa o bien indirectamente. En el método directo, se sopla aire a través del lado de medio de enfriamiento de los condensadores. En el método indirecto, todavía se usa agua para el enfriamiento del condensador pero esta agua está en un circuito más o menos cerrado y se enfría mediante el aire del entorno. Principalmente, podrían usarse dos métodos diferentes para el enfriamiento del agua, el método seco o el método húmedo. En ambos métodos se usa a menudo una torre de enfriamiento para el enfriamiento del agua. El método seco se usa a menudo para el enfriamiento del agua. El método seco implica que el aire y el agua nunca entran en contacto físico entre sí porque fluyen a cada lado de un intercambiador de calor. En el método húmedo, el agua y el aire están en contacto físico directo y, por tanto, se absorbe una parte del agua por el aire y desaparece con el aire. En una torre de enfriamiento, el aire fluye desde la parte inferior hasta la parte superior o bien mediante convección libre o bien mediante la ayuda de ventiladores. En el método seco, el intercambiador de calor para el enfriamiento del agua está situado en la torre de enfriamiento mientras que en el método húmedo el agua de enfriamiento se pulveriza en la parte superior de la torre de enfriamiento y el agua se enfría mediante el aire de flujo ascendente a medida que el agua cae a la parte inferior de la torre de enfriamiento. En el método húmedo hay una cubeta en la parte inferior de la torre que recoge el agua de enfriamiento restante que no se ha absorbido por el aire. En esta cubeta habitualmente también se añade agua nueva para sustituir las pérdidas.

Los ciclos de Rankine térmicos solares se usan a menudo en zonas con falta de fuentes de agua de enfriamiento naturales como mar, lagos o ríos. Por tanto, normalmente se usa aire para el enfriamiento del condensador, o bien con el método directo o bien con cualquiera de los métodos indirectos. Esta invención se refiere sólo a métodos indirectos de enfriamiento con aire.

En zonas típicas en las que se usan ciclos de Rankine térmicos solares, el clima es a menudo tal que el aire ambiente es relativamente caliente durante el día y relativamente frío durante la noche. Por tanto, el aire utilizable que rodea la planta tiene una temperatura relativamente alta durante el día, de modo que no es posible enfriar el condensador hasta una temperatura tan baja como durante la noche. Esto da como resultado una mayor presión de condensador durante el día y, por tanto, una eficiencia reducida de la planta. Aunque existen métodos para almacenar calor solar desde el día hasta la noche de modo que pueda hacerse funcionar una planta de energía térmica solar tanto durante el día como durante la noche, el funcionamiento durante el día es el más importante. Esto se debe a que el consumo de potencia es habitualmente máximo durante el día y a que el almacenamiento del calor solar hasta la noche es caro y está asociado con pérdidas térmicas significativas.

Un objetivo de la presente invención es hallar una solución a los problemas indicados anteriormente. En particular, un objetivo de la presente invención es aumentar el efecto de enfriamiento de un sistema de enfriamiento inventivo y, de ese modo, aumentar la eficiencia termodinámica de un ciclo de Rankine térmico solar.

El objetivo anterior se consigue mediante un sistema de enfriamiento con las características de la reivindicación independiente 1. Por ejemplo, se consiguen ventajas adicionales mediante un sistema de enfriamiento según las reivindicaciones dependientes. Además, el presente objetivo se consigue mediante una turbina de vapor según las características de la reivindicación independiente 8 y un método según las características de la reivindicación independiente 9.

Según la presente invención, un sistema de enfriamiento para turbinas de vapor solares comprende al menos un depósito de fluido que está lleno de un fluido de enfriamiento. Tal fluido de enfriamiento puede ser por ejemplo agua o cualquier otro tipo de fluido que en particular esté dotado una capacidad térmica relativamente alta.

Además, un sistema de enfriamiento según la presente invención comprende al menos un condensador con un lado de depósito y un lado de vapor. En particular, el condensador se implementa como intercambiador de calor. El lado de vapor está en conexión térmica con la turbina de vapor solar para crear una baja presión en el escape de la turbina de vapor solar. Por ejemplo, el lado de vapor puede estar en contacto directo con el vapor procedente de la turbina de vapor solar. Además, el depósito de fluido está en comunicación de fluido con el lado de depósito del condensador de manera que el fluido de enfriamiento puede fluir desde el depósito de fluido a través del lado de depósito y entrar de nuevo en el depósito de fluido. En otras palabras, el fluido de enfriamiento puede fluir desde el depósito de fluido a través del lado de depósito y de nuevo al depósito de fluido. Durante su recorrido a lo largo de ese trayecto de flujo, en particular durante el flujo a través del lado de depósito del condensador, puede producirse un intercambio térmico entre el vapor procedente de la turbina de vapor solar y el fluido de enfriamiento. De ese modo, el fluido de enfriamiento se calienta por el vapor procedente de la turbina de vapor solar y el vapor se enfría y condensa mediante lo cual se crea una baja presión en el escape de la turbina de vapor solar.

Para un sistema de enfriamiento inventivo se prevé al menos un dispositivo de enfriamiento, que está configurado para enfriar el fluido de enfriamiento. El dispositivo de enfriamiento comprende un lado de fluido y un lado de enfriamiento, que está en conexión térmica con el entorno del dispositivo de enfriamiento. Además, el depósito de fluido está en comunicación de fluido con el lado de fluido del dispositivo de enfriamiento de manera que el fluido de enfriamiento puede fluir desde el depósito de fluido a través del lado de fluido del dispositivo de enfriamiento para enfriarse y entrar de nuevo en el depósito de fluido. En otras palabras, el fluido de enfriamiento también puede fluir a través del dispositivo de enfriamiento, concretamente a través del lado de fluido de tal dispositivo de enfriamiento. Mientras que fluye a través de tal lado de fluido del dispositivo de enfriamiento, que está en conexión térmica con el lado de enfriamiento y, de ese modo, también en conexión térmica con el entorno del dispositivo de enfriamiento, el fluido de enfriamiento... [Seguir leyendo]

1. Sistema (10) de enfriamiento para ciclos de Rankine térmicos solares que comprende al menos una turbina (100) de vapor solar y al menos un depósito (20) de fluido lleno de un fluido (30) de enfriamiento, al menos un condensador (40) con un lado (42) de depósito y un lado (44) de vapor, que está en conexión térmica con la al menos una turbina (100) de vapor solar para enfriar y condensar el vapor procedente de la al menos una turbina (100) de vapor solar, y en el que el al menos un depósito (20) de fluido está en comunicación de fluido con el lado (42) de depósito del al menos un condensador (40) de manera que el fluido (30) de enfriamiento puede fluir desde el al menos un depósito (20) de fluido a través del lado (42) de depósito y entrar de nuevo en el al menos un depósito (20) de fluido, y al menos un dispositivo (50) de enfriamiento para enfriar el fluido (30) de enfriamiento, comprendiendo el al menos un dispositivo (50) de enfriamiento un lado (52) de fluido y un lado (54) de enfriamiento, en el que el al menos un depósito (20) de fluido está en comunicación de fluido con el lado (52) de fluido del dispositivo (50) de enfriamiento de manera que el fluido (30) de enfriamiento puede fluir desde el al menos un depósito (20) de fluido a través del lado (52) de fluido del dispositivo (50) de enfriamiento para enfriarse y entrar de nuevo en el al menos un depósito (20) de fluido, caracterizado porque el lado (54) de enfriamiento del al menos un dispositivo (50) de enfriamiento está en conexión térmica con el entorno del dispositivo (50) de enfriamiento, y el al menos un dispositivo (50) de enfriamiento está en comunicación de fluido con el entorno del dispositivo (50) de enfriamiento de manera que el gas, en particular aire, que rodea el al menos un dispositivo (50) de enfriamiento puede fluir a través del lado (54) de enfriamiento del al menos un dispositivo (50) de enfriamiento.

2. Sistema (10) de enfriamiento según la reivindicación 1, caracterizado porque está prevista al menos una bomba (46, 56) para bombear el fluido (30) de enfriamiento desde el al menos un depósito (20) de fluido a través del lado (42) de depósito del al menos un condensador (40) y/o desde el al menos un depósito (20) de fluido a través del lado (52) de fluido del al menos un dispositivo (50) de enfriamiento.

3. Sistema (10) de enfriamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el al menos un dispositivo (50) de enfriamiento es un intercambiador de calor.

4. Sistema (10) de enfriamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el fluido

(30) de enfriamiento es un líquido, en particular que comprende agua.

5. Sistema (10) de enfriamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el al 35 menos un depósito (20) de fluido comprende al menos un primer tanque (22) de fluido y un segundo tanque

(24) de fluido, que están separados entre sí, en el que el primer tanque (22) de fluido, el segundo tanque

(24) de fluido, el lado (42) de depósito del al menos un condensador (40) y el lado (52) de fluido del al menos un dispositivo (50) de enfriamiento están en comunicación de fluido de manera que el fluido (30) de enfriamiento procedente del primer tanque (22) de fluido puede fluir a través del lado (42) de depósito del condensador (40) y entrar en el segundo tanque (24) de fluido y en el que el fluido (30) de enfriamiento procedente del segundo tanque (24) de fluido puede fluir a través del lado (52) de fluido del al menos un dispositivo (50) de enfriamiento y entrar en el primer tanque (22) de fluido.

6. Sistema de enfriamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la 45 comunicación de fluido entre el al menos un depósito (20) de fluido y el lado (42) de depósito del al menos un condensador (40) y entre el al menos un depósito (20) de fluido y el lado (52) de fluido del al menos un dispositivo (50) de enfriamiento comprende al menos un tubo de fluido.

7. Turbina (100) de vapor solar para generar electricidad o potencia en el eje para un accionamiento mecánico a partir de vapor calentado de manera solar, que comprende un sistema (10) de enfriamiento con las características según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

8. Método para enfriar y condensar vapor procedente de una turbina (100) de vapor solar que comprende las siguientes etapas:

-proporcionar un fluido (30) de enfriamiento frío, -enfriar y condensar el vapor procedente de la turbina (100) de vapor solar usando el fluido (30) de enfriamiento frío y, de ese modo, calentar el fluido (30) de enfriamiento mientras que la turbina (100) de vapor solar está funcionando durante el día, -almacenar el fluido (30) de enfriamiento calentado, y -enfriar el fluido (30) de enfriamiento calentado con el aire del entorno mientras que la turbina (100) de 65 vapor solar no está funcionando durante la noche, 8

- enfriar el fluido (30) de enfriamiento calentado con el aire del entorno para el siguiente funcionamiento

de día y, al mismo tiempo, producir agua de enfriamiento para la necesidad inmediata de los

condensadores (40) mientras que la turbina (100) de vapor solar está funcionando con vapor procedente

de un almacenamiento de calor solar durante la noche,

en el que el método se lleva a cabo con un sistema (10) de enfriamiento con las características según

cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

9. Método según la reivindicación 8, caracterizado porque el fluido (30) de enfriamiento calentado se

almacena por separado del fluido (30) de enfriamiento frío.