CICLO RANKINE ORGÁNICO REGENERATIVO DE CONDENSACIÓN CUASI-CRÍTICA.

La invención denominada "Ciclo Rankine orgánico regenerativo de condensación cuasi-crítica",

consiste en la conversión de energía térmica en energía eléctrica por medio de turbomáquinas térmicas operando con fluidos de trabajo orgánicos como el dióxido de carbono, el amoníaco, el etano, el xenón, el oxígeno o el nitrógeno o mezclas de ambos, en donde la fase de condensación del fluido orgánico de trabajo es llevada a cabo a temperaturas y presiones cuasi-críticas con objeto de minimizar la evasión del calor latente de condensación y en consecuencia minimizar la energía térmica evadida por el condensador al refrigerante del condensador.

CICLO RANKINE ORGÁNICO REGENERATIVO DE CONDENSACIÓN CUASI- CRÍTICA

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención pertenece al campo técnico de la conversión de energía térmica en energía eléctrica vía energía mecánica mediante generadores eléctricos impulsados por turbomáquinas que operan mediante el ciclo termodinámico de Rankine operando con fluidos de trabajo orgánicos.

OBJETIVO DE LA INVENCIÓN El objetivo de la presente invención denominada “Ciclo Rankine orgánico regenerativo de condensación cuasi-crítica”, consiste en la conversión de energía térmica en energía eléctrica por medio de turbomáquinas térmicas operando con fluidos de trabajo orgánicos como el dióxido de carbono, el amoníaco, el etano, el xenón oxígeno, nitrógeno o mezclas de ambos, en donde la fase de condensación del fluido orgánico de trabajo es llevada a cabo a temperaturas y presiones cuasi-críticas con objeto de minimizar el calor latente de condensación y en consecuencia minimizar la energía térmica evadida por el condensador al refrigerante.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las plantas de ciclo Rankine y ciclo Rankine Orgánico que operan en la industria de la conversión de energía utilizan criterios de incremento de la eficiencia térmica basados en la reducción de la presión y en consecuencia la temperatura del fluido de trabajo en la fase de condensación. La eficiencia térmica es una función que depende de las temperaturas extremas del ciclo. Por tanto cuanto mayor sea la temperatura de la fuente de energía, y cuanto menos sea la temperatura de condensación, mayor eficiencia térmica proporciona todo ciclo de rankine. Mediante la refrigeración del condensador se consigue que la energía que transporta el fluido de trabajo a su entrada en el condensador pase íntegramente al fluido de refrigeración del condensador. En general, cuanta más energía sea intercambiada en el condensador mayor cantidad de energía se extrae del ciclo a través del fluido refrigerante del condensador con la consiguiente pérdida de eficiencia térmica. Para evitar este inconveniente se proponen fluidos orgánicos de trabajo cuya condensación se realizada a temperatura y presión casi-crítica con objeto de minimizar le energía térmica rechazada en la fase de condensación, la cual es transferida al refrigerante del condensador. En el estado actual de la técnica, las plantas térmicas de ciclo Rankine orgánico, operan con fluidos orgánicos de trabajo capaces de aprovechar la energía térmica de baja temperatura y condensan a la mínima temperatura y presión posibles en detrimento de un elevado valor del calor latente de condensación el cual es evadido con el fluido refrigerante del condensador. Con respecto a las innovaciones tecnológicas patentadas más relevantes conocidos en diversas aplicaciones relacionadas con el ciclo Rankine, se hallan los siguientes:

(WO/2004/043606) ORGANIC RANKINE CYCLE WASTE HEAT APPLICATIONS. (WO/2007/105724) WORKING MEDIUM FOR HEAT CYCLE, RANKINE CYCLE. (WO/2005/078046) ORGANIC RANKINE CYCLE FLUID. (WO/2006/138459) ORGANIC RANKINE CYCLE MECHANICALLY AND THERMALLY. (WO/2005/049975) ORGANIC RANKINE CYCLE SYSTEM WITH SHARED HEAT. (WO/2006/014609) WORKING FLUIDS FOR THERMAL ENERGY CONVERSION OF (WO/2006/092786) ORGANIC WORKING FLUIDS (WO/1999/011917) COMBINED CYCLE WASTE HEAT RECOVERY SYSTEM

En el estado actual de la tecnología relacionada con la conversión de energía tanto de alta como de baja temperatura que operan mediante ciclos Rankine orgánicos, no es conocida ninguna alternativa tecnológica similar a la de las características de este invento. Es decir, máquinas térmicas que operen con ciclos de Rankine orgánicos supercríticos diseñados para realizar la condensación en la zona próxima del punto crítico para cada fluido de trabajo denominada de condensación cuasi-crítica. Tiene la ventaja de lograr un importante incremento en el rendimiento térmico del ciclo como consecuencia de la minimización del calor latente de condensación, (l calor latente es mínimo en el punto crítico) y en consecuencia la minimización del calor evadido al refrigerante del condensador, lo que conlleva la reducción de los efectos perjudiciales provocados por la masiva utilización de los combustibles fósiles en base a la reducción del consumo de los mismos.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

A continuación, para facilitar la comprensión de la invención, a modo ilustrativo pero no limitativo se describirá una realización de la invención que hace referencia a las siguientes de figuras: Figura 1. Ciclo Rankine orgánico regenerativo de condensación cuasi-crítica sin recalentamiento que comprende:

1. Vaporizador-sobrecalentador.

2. Turbina de alta presión.

5. Regenerador

6. Condensador.

7. Bomba de alimentación.

8. Generador eléctrico.

9. Fuente de energía térmica.

Figura 2. Ciclo Rankine orgánico regenerativo de condensación cuasi-crítica con recalentamiento que comprende:

1. Vaporizador-sobrecalentador.

2. Turbina de alta presión.

3. Recalentador

4. Turbina de baja presión.

5. Regenerador

6. Condensador.

7. Bomba de alimentación.

8. Generador eléctrico.

9. Fuente de energía térmica.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención denominada “Ciclo Rankine orgánico regenerativo de condensación cuasi-crítica”, está caracterizada por un ciclo de Rankine regenerativo con o sin recalentamiento caracterizado por:

• los fluidos orgánicos de trabajo seleccionados,

• las temperaturas y presiones de condenación (cuasi-críticas) y

• la regeneración de calor en base a la inserción de un regenerador de calor entre la exhaustación de la turbina de baja y el condensador. Los fluidos de trabajo posibles comprenden dióxido de carbono, amoníaco, etano, xenón, oxígeno, nitrógeno o mezcla de algunos de los citados fluidos. Las presiones y temperaturas de condensación de cada fluido de trabajo corresponden con sus presiones y temperaturas cuasi-críticas, lo que significa valores de presión y temperatura inferior a los valores críticos pero tan próximos al punto crítico como resulte técnicamente posible. La condensación del fluido de trabajo a presiones y temperaturas cuasi-críticas goza de la propiedad de requerir un calor latente de condensación mínimo y por tanto, presenta la notable ventaja de minimizar la cantidad de energía térmica evadida hacia el refrigerante en el condensador, con el consiguiente incremento de eficiencia térmica. La regeneración en base a la inserción del regenerador entre el condensador y la turbina de baja consigue que el calor asociado al fluido de trabajo en la evacuación de la turbina de baja sea transferido al fluido de trabajo en la fase de alimentación, lo que evita que sea evadido al refrigerante del condensador. La característica esencial del invento propuesto radica en la asociación de las tres aportaciones siguientes:

-Utilización de alguno de los citados fluidos de trabajo. -Condensación a temperaturas y presiones cuasi-críticas -Regeneración de calor en base a la inserción de un regenerador de calor

entre la exhaustación de la turbina de baja y el condensador El ciclo Rankine orgánico regenerativo de condensación cuasi-crítica sin recalentamiento según se muestra en la figura 1 está constituido como mínimo por los siguientes componentes fundamentales: el vaporizador-sobrecalentador (1) , la turbina de alta presión (2) , el regenerador (5) , el condensador (6) , la bomba de alimentación (7) , un generador eléctrico (8) y una fuente de energía térmica (9) .

El ciclo Rankine orgánico regenerativo de condensación cuasi-crítica con recalentamiento según se muestra en la figura 2 está constituido como mínimo por los siguientes componentes fundamentales: el vaporizador-sobrecalentador (1) , la turbina de alta presión (2) , el recalentador (3) , la turbina de baja presión (4) , el regenerador (5) , el condensador (6) , la bomba de alimentación (7) , un generador eléctrico (8) y una fuente de energía térmica (9) . El ciclo Rankine orgánico regenerativo de condensación cuasi-crítica sin recalentamiento según se muestra en la figura 1 opera del siguiente modo: El fluido orgánico de trabajo (monóxido de carbono, etano, xenón, amoníaco o combinación de alguno de ambos) es obligado a circular por un vaporizador-sobrecalentador (1) el cual toma la energía procedente de una fuente térmica (9) que puede ser una fuente de energía fósil o una fuente de energía térmica solar o una fuente de energía geotérmica

REIVINDICACIONES?

1. Ciclo Rankine organico regenerativo de condensación cuasi-critica, caracterizado por que comprende los siguientes componentes:

2. Ciclo Rankine organico regenerativo de condensación cuasi-critica segun la reivindicación 1, caracterizado por los fluidos de trabajo a utilizar que comprende di6xido de carbono, amoniaco, etano, xenón, oxigeno, nitrógeno o mezcla de algunos de los citados fluidos.

3. Ciclo Rankine organico regenerativo de condensación cuasi-critica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por las presiones y temperaturas de condensación de cada fluido de trabajo las cuales corresponden con sus presiones y temperaturas cuasi-criticas, lo que significa valores de presión y temperatura inferior a los valores criticos pero tan próximos al punto critico como resulte tecnicamente posible.

4. Ciclo Rankine organico regenerativo de condensación cuasi-critica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por la utilización de turbinas de contrapresión.

un vaporizador-sobrecalentador (1) ,

una turbina de alta presión (2) ,

un regenerador (5) ,

un condensador (6) ,

una bomba de alimentación (7) ,

un generador electrico (8) y

una fuente de energia termica (9) .

FIGURA 1

FIGURA 2