ES2632109A1 - Device for the impulsion of fluids at a very high temperature (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
Device for the impulsion of fluids at a very high temperature (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) Download PDFInfo
- Publication number
- ES2632109A1 ES2632109A1 ES201631259A ES201631259A ES2632109A1 ES 2632109 A1 ES2632109 A1 ES 2632109A1 ES 201631259 A ES201631259 A ES 201631259A ES 201631259 A ES201631259 A ES 201631259A ES 2632109 A1 ES2632109 A1 ES 2632109A1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- fluid
- section
- exchanger
- main
- conduit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
- F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/5826—Cooling at least part of the working fluid in a heat exchanger
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/12—Cooling of plants
- F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
- F02C7/141—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
- F02C7/143—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
- F04D29/586—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for liquid pumps
- F04D29/5866—Cooling at last part of the working fluid in a heat exchanger
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C1/00—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
- F02C1/04—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
- F02C1/05—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly characterised by the type or source of heat, e.g. using nuclear or solar energy
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
- F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
- F03G6/064—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means having a gas turbine cycle, i.e. compressor and gas turbine combination
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
- F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
- F03G6/065—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means having a Rankine cycle
- F03G6/067—Binary cycle plants where the fluid from the solar collector heats the working fluid via a heat exchanger
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
- Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
- Y02P80/15—On-site combined power, heat or cool generation or distribution, e.g. combined heat and power [CHP] supply
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
DISPOSITIVO DE IMPULSIÓN DE FLUIDOS A MUY ALTA TEMPERATURA DEVICE FOR IMPULSION OF FLUIDS AT VERY HIGH TEMPERATURE
DESCRIPCIÓN DESCRIPTION
SECTOR DE LA TÉCNICA 5 SECTOR OF THE TECHNIQUE 5
La invención se encuadra en el campo de la ingeniería térmica, particularmente en aplicaciones que se basan en circuitos o conducciones, por cuyo interior circula un fluido a muy alta temperatura, entendiendo por este término un nivel térmico por encima de lo que pueden soportar, sin merma de prestaciones ni pérdida de características, materiales comunes como el acero al carbono, el aluminio o el cobre. 10 The invention falls within the field of thermal engineering, particularly in applications that are based on circuits or conduits, through which a fluid circulates at a very high temperature, this term meaning a thermal level above what they can withstand, without loss of performance or loss of characteristics, common materials such as carbon steel, aluminum or copper. 10
PROBLEMA TÉCNICO A RESOLVER y ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN TECHNICAL PROBLEM TO BE RESOLVED AND BACKGROUND OF THE INVENTION
El problema de impulsar fluidos a muy alta temperatura, que en general están en estado gaseoso, proviene de una doble dificultad: por un lado, la puramente termodinámica, pues las altas temperaturas están acompañadas de valores altos en el 15 volumen específico, o volumen molar, lo cual obliga a máquinas de muy gran tamaño; y la dificultad técnica, pues en las bombas o compresores no cabe usar materiales convencionales y comercialmente asequibles, sino que se deben usar aleaciones de muy elevado precio, que además exigen un cuidadoso control y mantenimiento, como es el caso de los compresores de los motores aeronáuticos. Estos se justifican en 20 precio y exigencias por la singularidad de su cometido, el medio en el que trabajan, la importancia de su seguridad y el servicio que prestan. Sin embargo, en una central termosolar que use gas como fluido calorífero, hará falta una muy alta potencia de bombeo, y las máquinas de impulsión serán inaceptablemente caras si han de seguirse las pautas de los compresores aeronáuticos. 25 The problem of boosting fluids at a very high temperature, which in general are in a gaseous state, comes from a double difficulty: on the one hand, the purely thermodynamic, since high temperatures are accompanied by high values in the specific volume, or molar volume , which forces very large machines; and the technical difficulty, because conventional or commercially available materials cannot be used in pumps or compressors, but rather very expensive alloys must be used, which also require careful control and maintenance, as is the case with motor compressors Aeronautical These are justified in price and requirements by the uniqueness of their mission, the environment in which they work, the importance of their safety and the service they provide. However, in a solar thermal power plant that uses gas as a heating fluid, a very high pumping power will be required, and the drive machines will be unacceptably expensive if the aeronautical compressor guidelines are to be followed. 25
El problema se aborda en general en ingeniería térmica con una receta basada en la termodinámica y en la mecánica de fluidos, pero un tanto simplista, que dice que las máquinas impulsoras se han de ubicar, si no aparecen otras restricciones, en las partes más bajas y más frías de los circuitos o instalaciones. Ello se debe a que las 30 máquinas impulsoras trabajan mejor, e incluso mucho mejor, cuanto más cebadas están, es decir, más repletas de moléculas del fluido en cuestión, lo que se logra con la receta antedicha, que lógicamente no constituye un precedente documentado, sino una referencia a cómo materializa el saber popular lo que en realidad son propiedades de las ecuaciones de estado de los fluidos. The problem is generally addressed in thermal engineering with a recipe based on thermodynamics and fluid mechanics, but somewhat simplistic, which says that the driving machines have to be located, if no other restrictions appear, in the lower parts and cooler circuits or installations. This is because the 30 driving machines work better, and even much better, the more primed they are, that is, the more packed with molecules of the fluid in question, which is achieved with the aforementioned recipe, which logically does not constitute a documented precedent. , but a reference to how popular knowledge materializes what are actually properties of the fluid state equations.
Como documentos representativos, que en sí mismos no son un precedente directo al dispositivo aquí expuesto, pero tratan temas conexos, se pueden citar precisamente 5 agrupados por temas. Los documentos GB2366333(A) y US3360193(A) presentan compresores multi-etapa regenerativos. Aunque el dispositivo aquí explicado también tenga un componente regenerativo (por motivos obvios de no desaprovechar calor) no cabe considerar esta cualidad como base desde la cual cabe imaginar el dispositivo. La regeneración térmica es una disposición común en los intercambios de calor entre 10 un mismo fluido en dos situaciones termodinámicas distintas, y tiene por objeto recuperar el calor transmitido en una etapa intermedia. Como tal, la regeneración térmica no es la raíz de la invención, según se verá. As representative documents, which in themselves are not a direct precedent to the device presented here, but deal with related issues, one can cite precisely 5 grouped by themes. GB2366333 (A) and US3360193 (A) present regenerative multi-stage compressors. Although the device explained here also has a regenerative component (for obvious reasons of not wasting heat) this quality cannot be considered as the basis from which the device can be imagined. Thermal regeneration is a common arrangement in heat exchanges between the same fluid in two different thermodynamic situations, and is intended to recover the heat transmitted in an intermediate stage. As such, thermal regeneration is not the root of the invention, as will be seen.
Existen por ejemplo aparatos de refrigeración y de aire acondicionado que incorporan 15 compresores y elementos de regeneración térmica, como son los documentos JPH0926182(A); JP2001227837(A) y JP2001296068(A). Una variante interesante, pero que tampoco antecede a la invención de esta solicitud, es la bomba de calor regenerativa del documento CN202613753(U). There are, for example, refrigeration and air conditioning devices incorporating 15 compressors and thermal regeneration elements, such as JPH0926182 (A); JP2001227837 (A) and JP2001296068 (A). An interesting variant, but one that does not precede the invention of this application, is the regenerative heat pump of CN202613753 (U).
20 twenty
Por último cabe señalar el dispositivo de manejo de aire comprimido del documento US2011127004(A) como ejemplo del estado del arte para almacenar fluidos a alta presión (para almacenamiento energético, por ejemplo) Finally, the compressed air handling device of document US2011127004 (A) should be mentioned as an example of the state of the art for storing high pressure fluids (for energy storage, for example)
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN 25 EXPLANATION OF THE INVENTION 25
La invención aprovecha las propiedades termodinámicas de los fluidos, más acentuadas en los gases, por las cuales es relativamente fácil comprimir una sustancia fluida cuando está fría, y mucho más difícil cuando está muy caliente. Y el tema de la dificultad se puede medir en energía consumida para la compresión, y en carestía de la maquinaria usada. La invención es la materialización de una idea física, que es la de 30 acondicionar el fluido desde su estado termodinámico, a otro que sea óptimo para la compresión; efectuar ésta; y asegurar su efecto de impulsión sobre el fluido, sin merma final de sus condiciones térmicas. The invention takes advantage of the thermodynamic properties of fluids, which are more pronounced in gases, for which it is relatively easy to compress a fluid substance when it is cold, and much more difficult when it is very hot. And the issue of difficulty can be measured in energy consumed for compression, and in shortage of used machinery. The invention is the materialization of a physical idea, which is to condition the fluid from its thermodynamic state, to another that is optimal for compression; make this one; and ensure its impulse effect on the fluid, without final depletion of its thermal conditions.
La invención se implanta en una tubería o conducción de fluido, al cual se le debe comunicar un aumento de presión, también llamada altura manométrica, de modo que, conservando su flujo másico, o gasto del fluido, expresable en kilogramos por segundo, la presión del fluido en la tubería aguas abajo del dispositivo es superior a la presión del fluido aguas arriba del dispositivo; para lo cual la invención consta de: 5 The invention is implanted in a pipe or conduit of fluid, to which an increase in pressure, also called manometric height, must be communicated, so that, maintaining its mass flow, or fluid expenditure, expressible in kilograms per second, the pressure of the fluid in the pipe downstream of the device is greater than the pressure of the fluid upstream of the device; for which the invention consists of:
- una toma de fluido desde el interior de la tubería principal, realizándose dicha toma por la boca del conducto del dispositivo en su primer tramo, saliendo dicho conducto del interior de la tubería principal a través de un agujero de periferia hermética, o fogonadura del primer tramo; - a fluid intake from inside the main pipe, said intake being made through the mouth of the device conduit in its first section, said conduit leaving the interior of the main pipe through a hermetic periphery hole, or fusing of the first stretch;
- una válvula de control de paso del fluido captado desde la tubería principal, 10 estando ubicada dicha válvula en el primer tramo del dispositivo, abarcando dicho primer tramo hasta su entrada en el intercambiador regenerativo, por el lado de presión menor; - a fluid flow control valve captured from the main pipeline, said valve being located in the first section of the device, said first section covering until it enters the regenerative exchanger, on the lower pressure side;
- un intercambiador de calor regenerativo, en el cual hay una conducción de baja presión, en la que el fluido primario, proveniente de la tubería principal, se enfría, 15 cediendo calor, a través de paredes intermedias, al fluido a mayor presión, y menor temperatura, que se calienta, y proviene de la boca de impulsión de la máquina impulsora del dispositivo; saliendo el fluido primario o de menor presión del intercambiador regenerativo, para ir, a través de un segundo tramo de conducción hasta el refrigerador auxiliar; 20 - a regenerative heat exchanger, in which there is a low pressure line, in which the primary fluid, coming from the main pipe, cools, releasing heat, through intermediate walls, to the higher pressure fluid, and lower temperature, which heats up, and comes from the drive mouth of the drive machine of the device; leaving the primary or lower pressure fluid from the regenerative exchanger, to go, through a second section of conduction to the auxiliary refrigerator; twenty
- siendo dicho refrigerador auxiliar un intercambiador con una corriente fluida fría que proviene del exterior del dispositivo, y enfría al fluido del dispositivo hasta la temperatura a la que se ajusta este refrigerador auxiliar, del cual emerge el fluido del dispositivo con una temperatura designada para las prestaciones de la máquina impulsora en la que entra desde la salida de este refrigerador auxiliar; 25 - said auxiliary refrigerator being an exchanger with a cold fluid current that comes from the outside of the device, and cools the fluid of the device to the temperature to which this auxiliary refrigerator is adjusted, from which the device fluid emerges at a temperature designated for the performance of the driving machine in which it enters from the exit of this auxiliary refrigerator; 25
- siendo esta máquina impulsora una bomba, un compresor, o un circulador en general, que confiere al fluido del dispositivo mayor presión, mayor velocidad, o ambas; emergiendo dicho fluido por una conducción que entra como fluido secundario en el intercambiador de calor regenerativo, calentándose; - this driving machine being a pump, a compressor, or a circulator in general, which gives the device fluid greater pressure, greater speed, or both; said fluid emerging from a conduit that enters as a secondary fluid in the regenerative heat exchanger, heating;
- y se incrementa aún más su temperatura al paso, subsiguiente al anterior, por un 30 intercambiador auxiliar de calentamiento, cuyo fluido calefactor proviene de una fuente de calor exterior al dispositivo; - and its temperature is further increased after the previous step, by an auxiliary heating exchanger, whose heating fluid comes from a source of heat outside the device;
- canalizándose el fluido del dispositivo por una conducción de último tramo, que entra en el tubo principal por una fogonadura hermética, llegando a la boca de impulsión del fluido del dispositivo: 35 - the fluid of the device being channeled through a last section conduit, which enters the main tube through an airtight flush, reaching the device's fluid discharge mouth: 35
- en cuyas inmediaciones aguas abajo existe un venturi, o paso de sección recta reducida respecto del original del tubo principal, tras cuyo paso se vuelve a abrir la sección recta hasta recuperar la sección original del tubo principal. - in whose vicinity downstream there is a venturi, or reduced straight section passage with respect to the original of the main tube, after which passage the straight section is reopened until the original section of the main tube is recovered.
La fracción de fluido principal que se desvía hacia el dispositivo de la invención puede 5 ser cualquiera, siempre por encima de cero, y llegando a 1. Así pues, como variante singular, el dispositivo se sitúa completamente en serie entre las partes aguas arriba y aguas debajo de la conducción principal, pasando todo el fluido de la conducción principal por el dispositivo. The fraction of the main fluid that is diverted towards the device of the invention can be any, always above zero, and reaching 1. Thus, as a singular variant, the device is completely in series between the upstream and downstream of the main line, passing all the main line fluid through the device.
10 10
EXPLICACIÓN DE LAS FIGURAS EXPLANATION OF THE FIGURES
Las figuras, en general, no están a escala, pues los tamaños relativos de los elementos son muy dispares; pero son representativas de la invención y de sus principios de funcionamiento. The figures, in general, are not to scale, since the relative sizes of the elements are very different; but they are representative of the invention and its operating principles.
15 fifteen
La figura 1 muestra un esquema longitudinal del dispositivo, que recoge todos los elementos sustantivos de la invención. Figure 1 shows a longitudinal scheme of the device, which includes all the substantive elements of the invention.
La figura 2 muestra el esquema longitudinal de un montaje que es el caso extremo de la invención, en el cual todo el caudal del fluido pasa por el dispositivo. 20 Figure 2 shows the longitudinal scheme of an assembly that is the extreme case of the invention, in which all the flow of the fluid passes through the device. twenty
La figura 3 muestra el gráfico termodinámico de las evoluciones que se dan en un supuesto con aire, en un diagrama en el que las líneas horizontales son isóbaras y las verticales, isentálpicas. Figure 3 shows the thermodynamic graph of the evolutions that occur in an assumption with air, in a diagram in which the horizontal lines are isóbaras and the vertical ones are isálálpicas.
25 25
Para facilitar la comprensión de las figuras de la invención, y de sus modos de realización, a continuación se relacionan los elementos relevantes de la misma: In order to facilitate the understanding of the figures of the invention, and of their embodiments, the relevant elements thereof are listed below:
1. Conducto principal u original por donde circula un fluido a alta temperatura. 1. Main or original duct where a high temperature fluid circulates.
2. Sección recta del conducto principal 1, aguas arriba del dispositivo. 2. Straight section of the main duct 1, upstream of the device.
3. Toma de fluido, en el conducto principal, para llevar esa fracción de fluido al 30 dispositivo. 3. Fluid intake, in the main duct, to bring that fraction of fluid to the device.
4. Válvula que regula el paso de fluido hacia el dispositivo. 4. Valve that regulates the passage of fluid to the device.
5. Intercambiador de calor regenerativo, en el que el fluido del dispositivo pasa dos veces, secuencialmente, primero como fluido a relativa baja presión, y caliente, por lo que se enfría, y posteriormente a más alta presión, pero más frío, por lo que se calienta. 5 5. Regenerative heat exchanger, in which the fluid of the device passes twice, sequentially, first as a fluid at relatively low pressure, and hot, so it cools, and then at higher pressure, but colder, so It heats up. 5
6. Tubo de entrada del fluido del dispositivo en el intercambiador de calor regenerativo. En la figura 3 se muestra un diagrama termodinámico en el que existen varias etiquetas, todas acabadas en T, y son la concreción, en dicho diagrama, de las condiciones termodinámicas de dicho punto o línea; y en particular, la etiqueta 6T, que corresponde al punto 6. 10 6. Device fluid inlet tube in the regenerative heat exchanger. Figure 3 shows a thermodynamic diagram in which there are several labels, all finished in T, and are the concretion, in said diagram, of the thermodynamic conditions of said point or line; and in particular, the 6T label, which corresponds to item 6. 10
7. Salida por primera vez del fluido del dispositivo en el intercambiador de calor regenerativo, a menor temperatura que en la entrada 6. 7T representa las condiciones termodinámicas del punto 7. 7. For the first time, the fluid from the device exits the regenerative heat exchanger, at a lower temperature than in the input 6. 7T represents the thermodynamic conditions of point 7.
8. Intercambiador de calor auxiliar de refrigeración. 8. Auxiliary cooling heat exchanger.
9. Conducto del fluido del dispositivo, en el que se enfría adicionalmente, a su 15 paso por el intercambiador auxiliar 8. 9. Fluid duct of the device, in which it is cooled further, as it passes through the auxiliary exchanger 8.
10. Entrada del refrigerante auxiliar externo en el intercambiador 8. 10. External auxiliary refrigerant inlet in exchanger 8.
11. Salida del refrigerante auxiliar externo desde el intercambiador 8. 11. External auxiliary refrigerant outlet from the exchanger 8.
12. Conducto que lleva el fluido del dispositivo a la bomba, compresor o circulador en general, a baja temperatura respecto del fluido circulante original por 1. El 20 punto 12T representa las condiciones termodinámicas del punto 12. 12. Duct that carries the fluid from the device to the pump, compressor or circulator in general, at low temperature with respect to the original circulating fluid by 1. 20 point 12T represents the thermodynamic conditions of point 12.
13. Bomba, compresor o circulador en general, que impulsa al fluido del dispositivo, aumentando su presión, su velocidad, o ambas magnitudes. 13. Pump, compressor or circulator in general, which drives the fluid of the device, increasing its pressure, its speed, or both magnitudes.
14. Tubería de impulsión por la que sale el fluido del circulador 13 y cruza el intercambiador regenerativo 5, calentándose. El punto 14T representa las 25 condiciones termodinámicas del punto 14. El punto 14a marca la salida de ese intercambiador, en la tubería de alta presión. El punto 14aT representa las condiciones termodinámicas del punto 14a. 14. Supply pipe through which the fluid flows out of the circulator 13 and crosses the regenerative exchanger 5, heating. Point 14T represents the 25 thermodynamic conditions of point 14. Point 14a marks the output of that exchanger, in the high pressure pipe. Point 14aT represents the thermodynamic conditions of point 14a.
15. Intercambiador de calor auxiliar de calentamiento del fluido del dispositivo. 15. Auxiliary heat exchanger for heating the fluid of the device.
16. Entrada del fluido calefactor auxiliar externo en el intercambiador 15. 30 16. External auxiliary heating fluid inlet in exchanger 15. 30
17. Salida del fluido calefactor auxiliar externo desde el intercambiador 15. 17. External auxiliary heating fluid outlet from the exchanger 15.
18. Tubo del dispositivo, continuación del 14, por el que circula el fluido del dispositivo para ser inyectado de nuevo en el tubo principal 1. 18. Device tube, continuation of 14, through which fluid flows from the device to be injected back into the main tube 1.
19. Boca de impulsión del fluido del dispositivo en la corriente principal del tubo 1, aguas abajo. El punto 19T representa las condiciones termodinámicas del punto 19. 5 19. Device fluid discharge port in the main stream of the tube 1, downstream. Point 19T represents the thermodynamic conditions of point 19. 5
20. Sección del flujo principal, en el tubo 1, aguas abajo del dispositivo. 20. Main flow section, in tube 1, downstream of the device.
21. Tabique estabilizador de flujo y soporte de las reacciones mecánicas longitudinales de las bocas de captación y de impulsión del dispositivo. 21. Flow stabilizing partition and support for the longitudinal mechanical reactions of the intake and discharge nozzles of the device.
22. Venturi para mezcla de flujo del dispositivo con el resto del flujo original, aguas abajo del dispositivo. 10 22. Venturi for mixing the device flow with the rest of the original flow, downstream of the device. 10
23. Fogonadura o agujero hermético de paso a través de la pared de la conducción principal (1) del tubo del dispositivo en su primer tramo. 23. Fogonadura or hermetic hole of passage through the wall of the main conduit (1) of the tube of the device in its first section.
24. Fogonadura o agujero hermético de paso a través de la pared de la conducción principal (1) del tubo del dispositivo en su último tramo. 24. Fogonadura or hermetic hole of passage through the wall of the main conduit (1) of the tube of the device in its last section.
25. Compresión real en la máquina impulsora (13). Solo se representa como 25T, 15 en el diagrama de la figura 3. 25. Real compression on the drive machine (13). It is only represented as 25T, 15 in the diagram of Figure 3.
26. Enfriamiento del fluido en el intercambiador regenerativo. Solo se representa como 26T. 26. Cooling of the fluid in the regenerative exchanger. It is only represented as 26T.
27. Calentamiento del fluido en el intercambiador regenerativo, ya a alta presión. Solo se representa como 27T. 20 27. Heating of the fluid in the regenerative exchanger, already at high pressure. It is only represented as 27T. twenty
28. Recta, que junto a su paralela 29, marca la transferencia de entalpía del fluido que sigue la evolución 26 al de la 27. Solo se representa como 28T. 28. Straight, which along with its parallel 29, marks the enthalpy transfer of the fluid that follows evolution 26 to that of 27. It is only represented as 28T.
29. Paralela a la 28. Solo se representa como 29T. 29. Parallel to 28. It is only represented as 29T.
30. Compresión hipotética que habría sucedido si se hubiera aplicado una máquina impulsora al fluido original. Solo se representa como 30T. 25 30. Hypothetical compression that would have happened if a driving machine had been applied to the original fluid. It is only represented as 30T. 25
31. Punto final de la compresión hipotética 30. Solo se representa como 31T. 31. End point of hypothetical compression 30. Only represented as 31T.
32. Recta vertical de igual entalpía. Solo se representa como 32T. 32. Vertical straight of equal enthalpy. It is only represented as 32T.
MODO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN EMBODIMENT OF THE INVENTION
La invención se implanta en una conducción (1) de un fluido muy caliente al que hay que dotarle de una mayor presión para que pueda completar su trayectoria en el sistema que sea. Por fluido muy caliente se ha de entender que su temperatura supera la convencional de las máquinas impulsoras de ese fluido, que está sobre todo limitada 5 por lo que soportan las juntas de hermeticidad, sobre todo alrededor de ejes. The invention is implanted in a conduit (1) of a very hot fluid which must be provided with a greater pressure so that it can complete its trajectory in any system. By very hot fluid it is to be understood that its temperature exceeds the conventional one of the driving machines of that fluid, which is mostly limited 5 so that they support the seals, especially around shafts.
Para materializar el dispositivo se cuenta con una máquina impulsora convencional (13), que es el centro del dispositivo; y se conecta por su entrada a aguas arriba del tubo principal mediante el primer tramo (3) del dispositivo, que entra en el interior del 10 tubo principal mediante una fogonadura (23) hermética; estando dicho primer tramo dotado de una válvula (4) de regulación de paso del fluido al dispositivo. To materialize the device there is a conventional driving machine (13), which is the center of the device; and it is connected by its entrance upstream of the main tube by the first section (3) of the device, which enters inside the main tube by means of a hermetic seal (23); said first section being provided with a valve (4) for regulating the passage of fluid to the device.
En el camino desde el primer tramo a la entrada de la máquina impulsora el fluido pasa por el intercambiador regenerativo (5) en el que entra a través de un conducto (6) 15 que está a temperatura igual a la del fluido en el tubo principal (1), y sale de (5) por el conducto (7) a temperatura menor, por haber transmitido calor a un fluido secundario, que es el propio fluido del dispositivo a la salida (14) de la máquina impulsora (13). On the way from the first section to the entrance of the driving machine the fluid passes through the regenerative exchanger (5) in which it enters through a conduit (6) 15 that is at a temperature equal to that of the fluid in the main tube (1), and exits (5) through the conduit (7) at a lower temperature, for having transmitted heat to a secondary fluid, which is the device's own fluid at the outlet (14) of the driving machine (13).
Para ajustar exactamente las condiciones de temperatura del fluido a lo propio de la 20 máquina, se dispone de un enfriador auxiliar (8) que se refrigera con una fuente exterior (aire, agua,…) que entra por el conducto (10) en el intercambiador de refrigeración auxiliar (8) y sale por (11) enfriando al fluido de trabajo, que circula por la conducción (9) interna del refrigerador (8). To precisely adjust the temperature conditions of the fluid to the machine itself, an auxiliary cooler (8) is available that is cooled with an outside source (air, water, ...) that enters the duct (10) into the auxiliary cooling exchanger (8) and exits through (11) cooling the working fluid, which circulates through the internal conduit (9) of the refrigerator (8).
25 25
La máquina impulsora trabaja entonces adecuadamente y proporciona una impulsión M, que es la diferencia de presiones totales entre su salida (14) y su entrada (12) manteniendo además el mismo caudal másico, o gasto, que se había captado por la boca de aguas arriba (3). La presión total es la suma de la presión estática (la que marca el manómetro) y la dinámica, que es la mitad de la densidad multiplicada por el 30 cuadrado de la velocidad. La sección recta de la salida del dispositivo (19) se reduce tanto más cuanto mayor sea la velocidad por dicha salida, que a su vez comporta mayor separación entre dicha salida (19) y el venturi (22). The driving machine then works properly and provides a drive M, which is the difference in total pressures between its outlet (14) and its inlet (12) while also maintaining the same mass flow, or expense, that had been captured by the mouth of water above (3). The total pressure is the sum of the static pressure (the one marked by the pressure gauge) and the dynamic pressure, which is half the density multiplied by the 30 square of the velocity. The straight section of the output of the device (19) is reduced all the more the higher the speed through said output, which in turn implies a greater separation between said output (19) and the venturi (22).
La velocidad de salida puede mantenerse igual a la de entrada en la máquina impulsora, si se reduce la sección recta de salida en la misma proporción que se reduce el volumen específico del fluido. En tal caso toda la impulsión va a incrementar la presión de salida en el tubo (14) que podemos considerar en dos variantes de montaje: 5 The output speed can be kept equal to that of the drive machine, if the straight output section is reduced in the same proportion as the specific volume of the fluid is reduced. In this case, the entire drive will increase the outlet pressure in the tube (14) that we can consider in two mounting variants:
- Que aumenta su sección recta tal como aumenta su volumen específico al irse calentando el fluido a su paso por el intercambiador regenerativo (5) y justo después cuando se termina de calentar hasta la misma temperatura que tiene el fluido principal en el tubo (1) aguas arriba (2). - That increases its straight section as its specific volume increases when the fluid is heated as it passes through the regenerative exchanger (5) and just after when it finishes heating to the same temperature as the main fluid in the tube (1) upstream (2).
- Que no varía de diámetro hasta su salida al flujo del tubo principal (1), con lo cual 10 el fluido se acelera, por aumento de su volumen específico. - That does not vary in diameter until its exit to the flow of the main tube (1), whereby the fluid accelerates, due to an increase in its specific volume.
Para acomodar la conversión de energía cinética a energía de presión, acelerando el fluido que ha permanecido en el tubo principal (1) antes de dicha conversión, se dispone de un venturi (22), cuya salida lleva a un tubo principal (20) de la misma 15 sección recta que el de aguas arriba, con igual velocidad, pero con mayor presión. To accommodate the conversion of kinetic energy to pressure energy, accelerating the fluid that has remained in the main tube (1) before said conversion, a venturi (22) is available, the outlet of which leads to a main tube (20) of the same straight section as the upstream, with equal speed, but with greater pressure.
El tipo de máquina impulsora y sus condiciones de trabajo dependerán del tipo de fluido que se considere, básicamente si es incompresible o compresible; aunque el montaje del dispositivo será esencialmente el mismo. 20 The type of driving machine and its working conditions will depend on the type of fluid considered, basically if it is incompressible or compressible; although the assembly of the device will be essentially the same. twenty
En el caso de los incompresibles, esencialmente líquidos, las evoluciones isentrópicas, que son las que describen teóricamente las evoluciones en las máquinas impulsoras, son casi análogas a las isentálpicas, de tal modo que en una compresión de un fluido incompresible, el incremento de presión comporta un incremento muy pequeño de 25 temperatura, y una variación despreciable en densidad. Por el contrario, los fluidos compresibles, como los gases ideales, presentan líneas isentrópicas muy divergentes de las isentálpicas, de tal modo que al comprimirse el gas del nivel P1 de presión al nivel P2, la entalpía (específica) se incrementa en un valor ΔH que muy aproximadamente vale 30 In the case of the incompressible, essentially liquid, the isentropic evolutions, which are those that theoretically describe the evolutions in the driving machines, are almost analogous to the isenthalic, so that in a compression of an incompressible fluid, the increase in pressure It involves a very small increase in temperature, and a negligible variation in density. On the contrary, compressible fluids, such as ideal gases, have isentropic lines that are very divergent from isenthalpy, so that when the gas is compressed from pressure level P1 to level P2, enthalpy (specific) increases by a ΔH value which is about 30 worth
ΔH= (P2-P1)/ρ ΔH = (P2-P1) / ρ
Donde ρ es el valor de la densidad media, que aproximadamente vale, en función de los volúmenes específicos de inicio de la compresión, V1, y del final, V2, Where ρ is the value of the average density, which is approximately valid, depending on the specific volumes of the beginning of compression, V1, and the end, V2,
1/ρ=2·V1·V2/(V1+V2) 1 / ρ = 2 · V1 · V2 / (V1 + V2)
Cuando el V2 del final de la compresión es mucho más pequeño que V1, la ecuación del incremento entálpico queda When the V2 at the end of the compression is much smaller than V1, the enthalpy increase equation is
ΔH= (P2-P1)·2·V2 ΔH = (P2-P1) · 2 · V2
En esta compresión si se produce un importante incremento de temperatura, incluso 5 en condiciones ideales, y es In this compression if there is a significant increase in temperature, even 5 under ideal conditions, and it is
T2-T1=ΔH/Cp T2-T1 = ΔH / Cp
Siendo Cp el calor específico a presión constante. Este coeficiente no depende de la presión en los gases ideales, salvo al acercarse a la isóbara crítica, en la cual exhibe un comportamiento muy singular, que incluye un valor de Cp que se hace 10 asintóticamente infinito en el punto crítico. Cp being the specific heat at constant pressure. This coefficient does not depend on the pressure in the ideal gases, except when approaching the critical isobar, in which it exhibits a very unique behavior, which includes a Cp value that becomes asymptotically infinite at the critical point.
Estas precisiones termodinámicas son importantes para la selección de la máquina impulsora, que ha de acoplarse al circuito de la figura 1, ya descrita. En los fluidos con alta compresibilidad, como es el aire, una opción interesante es hacer pasar por el 15 dispositivo todo el caudal que circula por dentro del tubo 1. Eso conduce al montaje de la figura 2, sobre el que se va a dar un ejemplo termodinámicamente ilustrativo, para hacer ver que el dispositivo inventado tiene sentido. Para ello nos apoyamos en la figura 3, comenzando por dar los puntos termodinámicamente representativos, comenzando por el flujo original aguas arriba, que son las mismas condiciones (muy 20 aproximadamente) a las de 6T; indicadas a continuación, junto a las otras. These thermodynamic accuracies are important for the selection of the driving machine, which must be coupled to the circuit of Figure 1, already described. In fluids with high compressibility, such as air, an interesting option is to pass through the device all the flow that circulates inside the tube 1. That leads to the assembly of Figure 2, on which a thermodynamically illustrative example, to show that the invented device makes sense. For this we rely on Figure 3, starting by giving the thermodynamically representative points, starting with the original flow upstream, which are the same conditions (very approximately 20) to those of 6T; indicated below, next to the others.
Punto 6T, P=1 MPa, T= 700 K 6T point, P = 1 MPa, T = 700 K
7T; 1 MPa 378,5 K 7T; 1 MPa 378.5 K
12T; 1 MPa 350 K 12T; 1 MPa 350 K
14T; 1,2 MPa 368,5 K 25 14T; 1.2 MPa 368.5 K 25
14aT 1,2 MPa 690 K 14aT 1.2 MPa 690 K
19T; 1,2 MPa 700 K 19T; 1.2 MPa 700 K
31T; 1,2 MPa 737 K 31T; 1.2 MPa 737 K
Dado que el calor específico a presión constante es prácticamente 1 kJ/kg·K, la 30 entalpía del aire (seco) es igual al valor de T, pero expresada en kJ/kg Since the specific heat at constant pressure is practically 1 kJ / kg · K, the enthalpy of the air (dry) is equal to the value of T, but expressed in kJ / kg
De ahí se ve que la compresión en caliente hubiera requerido 37 kJ/kg de aire seco; y el rendimiento sería bajo, del 25% o así, lo que haría que la potencia eléctrica Na de ese caso fuera: Hence it is seen that hot compression would have required 37 kJ / kg of dry air; and the performance would be low, 25% or so, which would make the Na power of that case be:
Na (kW) = (37/0,25)·m’ (kg/s)= 148m’ Na (kW) = (37 / 0.25) · m ’(kg / s) = 148m’
Donde m’ es el caudal másico del aire. 5 Where m ’is the mass air flow. 5
Por el contrario, la que en realidad se realiza, arranca con una temperatura que es la mitad de la original del aire; y tendrá un rendimiento mucho mayor, del orden del 60%, por lo que la potencia eléctrica consumida, Nb será On the contrary, the one that is actually carried out starts with a temperature that is half the original of the air; and will have a much higher performance, of the order of 60%, so that the electric power consumed, Nb will be
Nb (kW)= (18,5/0,6)·m’ =30,83m’ Nb (kW) = (18.5 / 0.6) · m ’= 30.83m’
10 10
Aparte de ser una potencia más baja, el compresor será mucho más barato y fiable. Por el contrario, la invención requiere un intercambiador regenerativo, con una potencia (térmica, no eléctrica) en kW, de 325m’. Apart from being a lower power, the compressor will be much cheaper and more reliable. On the contrary, the invention requires a regenerative exchanger, with a power (thermal, non-electric) in kW, of 325m ’.
Por lo que corresponde a las características de los tres intercambiadores de calor, son 15 de modelos y prestaciones convencionales. El más grande de los tres es el regenerativo, con una potencia térmica de intercambio de 325m’. Se trata de un intercambiador equilibrado, pues el producto m’·Cp es el mismo en el fluido primario y el secundario, manteniéndose una diferencia de temperatura entre el primero y el segundo, de 10 ºC. 20 As for the characteristics of the three heat exchangers, they are 15 models and conventional features. The largest of the three is the regenerative one, with a thermal exchange power of 325m ’. It is a balanced exchanger, since the product m ’Cp is the same in the primary and secondary fluid, maintaining a temperature difference between the first and the second, of 10 ºC. twenty
Los otros dos intercambiadores son más pequeños. El refrigerador tiene una potencia de 28,5m’ y el calentador de 10m’. En este último se tiene la posibilidad de emplear humo de una caldera de gas para tal fin, y aún sobraría entalpía en los humos para otros calentamientos. Igualmente es sencillo el refrigerador, pues en el ejemplo 25 anterior hay que enfriar el fluido hasta 77ºC, lo cual es fácil de hacer con el aire atmosférico, incluso en verano. The other two exchangers are smaller. The refrigerator has a power of 28.5m ’and the heater 10m’. In the latter there is the possibility of using smoke from a gas boiler for this purpose, and there would still be enthalpy in the fumes for other heating. The refrigerator is also simple, since in the previous example 25 the fluid must be cooled down to 77 ° C, which is easy to do with atmospheric air, even in summer.
Una vez descrita de forma clara la invención, se hace constar que las realizaciones particulares anteriormente descritas son susceptibles de modificaciones de detalle 30 siempre que no alteren el principio fundamental y la esencia de la invención. Once the invention is clearly described, it is noted that the particular embodiments described above are subject to modifications in detail as long as they do not alter the fundamental principle and essence of the invention.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ES201631259A ES2632109A1 (en) | 2016-09-28 | 2016-09-28 | Device for the impulsion of fluids at a very high temperature (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ES201631259A ES2632109A1 (en) | 2016-09-28 | 2016-09-28 | Device for the impulsion of fluids at a very high temperature (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
ES2632109A1 true ES2632109A1 (en) | 2017-09-08 |
Family
ID=59745363
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ES201631259A Withdrawn ES2632109A1 (en) | 2016-09-28 | 2016-09-28 | Device for the impulsion of fluids at a very high temperature (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
ES (1) | ES2632109A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4000617A (en) * | 1975-01-27 | 1977-01-04 | General Atomic Company | Closed cycle gas turbine system |
US20120319410A1 (en) * | 2011-06-17 | 2012-12-20 | Woodward Governor Company | System and method for thermal energy storage and power generation |
US20160047361A1 (en) * | 2014-08-15 | 2016-02-18 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | System and method using solar thermal energy for power, cogeneration and/or poly-generation using supercritical brayton cycles |
-
2016
- 2016-09-28 ES ES201631259A patent/ES2632109A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4000617A (en) * | 1975-01-27 | 1977-01-04 | General Atomic Company | Closed cycle gas turbine system |
US20120319410A1 (en) * | 2011-06-17 | 2012-12-20 | Woodward Governor Company | System and method for thermal energy storage and power generation |
US20160047361A1 (en) * | 2014-08-15 | 2016-02-18 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | System and method using solar thermal energy for power, cogeneration and/or poly-generation using supercritical brayton cycles |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sarkar et al. | Operating characteristics of transcritical CO2 heat pump for simultaneous water cooling and heating | |
BR112015023265B1 (en) | HEAT ENGINE SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING THE HEAT ENGINE SYSTEM | |
JP2015518935A5 (en) | ||
CN103790660B (en) | Limit temperature compares electromotor | |
JP2014528053A (en) | High temperature heat pump and method of using working medium in high temperature heat pump | |
CN103776188A (en) | Indirect cooling single working medium refrigerating-heating system | |
US20170241679A1 (en) | Heat recovery system and method | |
CN110234934A (en) | Indoor unit | |
CN103775238A (en) | Quasi carnot engine | |
ES2632109A1 (en) | Device for the impulsion of fluids at a very high temperature (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) | |
CN202382470U (en) | R32 air-cooled water chiller heat pump unit with EVI (enhanced vapor injection) compressor | |
ES2652522B2 (en) | THERMODYNAMIC CYCLING PROCESS WITHOUT FLUID CONDENSATION AND WITH REGULATED LIMITATIONS ON ITS POINTS OF MINIMUM AND MAXIMUM ENTHALPIA AND DEVICE FOR ITS REALIZATION | |
Cho et al. | Numerical evaluation on the performance of advanced CO2 cycles in the cooling mode operation | |
Sarkar et al. | Performance of a transcritical CO2 heat pump for simultaneous water cooling and heating | |
ES2903562T3 (en) | Device and method of compression and refrigeration machine | |
Chunmei et al. | Transcritical CO2 heat pump system with an ejector | |
US3580003A (en) | Cooling apparatus and process for heat-actuated compressors | |
RU148542U1 (en) | AIR COOLING MACHINE | |
ES2713123B2 (en) | THERMAL SYSTEM WITH COMPRESSOR AND GAS EXPANSION TURBINE IN CLOSED CIRCUIT, WITH HEAT CONTRIBUTION FROM OUTDOOR SOURCE, AND INTERNAL RECOVERY OF HEAT AND MECHANICAL ENERGY, FOR GENERATION OF ELECTRICITY AND PROCEDURE | |
KR20160132736A (en) | Nothing fuel heating and freeze equipment system used heat of the atmosphere | |
RU2583191C1 (en) | Space power plant with machine energy conversion | |
JP2010043800A (en) | Vapor generation system | |
Loehrke | A passive, vapor compression refrigerator for solar cooling | |
CN103808054A (en) | Indirect cold thermal cycle system | |
CN106415155B (en) | Refrigeration device for increasing thermodynamic efficiency |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FA2A | Application withdrawn |
Effective date: 20171204 |