MX2007000879A - Eficiente conversion de calor a energia util. - Google Patents

Abstract

Un sistema de transferencia de calor que incluye un subsistema de poder configurado para recibir flujo de una fuente de calor, y uno o más es de calor configurados para transferir calor del flujo de fuente de calor a un flujo trabajando. El flujo trabajando es finalmente calentado y un punto donde puede pasar a través de una o más turbinas, para generar poder, mientras el flujo de fuente de calor es enfriado a una cola de baja temperatura. Un subsistema de destilación y condensación enfría el flujo gastado para generar un flujo intermedio y un flujo trabajando. El flujo trabajando puede ser variablemente calentado por el flujo intermedio para que a una temperatura suficiente hacer uso eficiente de la cola a baja temperatura. El flujo trabajando después es calentado por la cola a baja temperatura y subsecuentemente pasado para uso en el subsistema de poder.

Description

EFICIENTE CONVERSIÓN DE CALOR A ENERGÍA UTIL 1. Campo de la invención La presente invención esta relacionada con sistemas, métodos y aparatos configurados para implementar un ciclo termodinámico por medio de un intercambio de cortacorriente del calor. En particular, la presente invención esta relacionada con la generación de electricidad obtenida al calentar un flujo de múltiples componentes con el flujo de una fuente de calor en uno o más puntos en un ciclo termodinámico. 2. Antecedentes de la invención Algunos sistemas convencionales de transferencia de calor permiten que el calor que seria desperdiciado sea transformado en energía útil. Un ejemplo de un sistema convencional de transferencia de calor es el que convierte la fuente de energía térmica desperdiciada proveniente de una fuente de calor como la del agua caliente geotérmica de uso industrial, convirtiéndola en electricidad usando tecnología de intercambio de calor con un cortacorriente. Por ejemplo, el calor de los relativos líquidos calientes en un respiradero geotérmico (ej., "solución salina") puede utilizarse para calentar un fluido de múltiples componentes en un sistema cerrado (una "corriente de fluido "), utilizando uno o más cambistas de calor. El fluido de múltiples componentes se calienta y pasa de ser un fluido de baja energía y baja temperatura a un relativo gas de alta presión ("una corriente trabajando") . El gas de alta presión, o corriente trabajando, puede entonces pasar a través de una o más turbinas, causando que esta o estas turbinas giren y generen electricidad.

De acuerdo con lo previo, los sistemas convencionales de transferencia de calor operan bajo los principios de intercambio de calor de un cortacorriente para poder calentar el fluido de múltiples componentes trabajando a través de un rango de distintas temperaturas, de relativamente frío a relativamente caliente. El flujo convencional de un fluido para un sistema como este comprende distintos componentes del fluido en donde cada uno tiene un punto diferente de ebullición. Por lo tanto, un componente del flujo del fluido puede convertirse en gas a cierta temperatura, mientras que otro de los componentes del flujo del fluido puede mantenerse como en estado liquido muy caliente a la misma temperatura. Esto puede ser de utilidad para poder separar los diferentes componentes a diferentes puntos del sistema cerrado. Sin embargo, todos o casi todos los componentes del flujo del fluido pueden elevarse a cierta temperatura necesaria para que todos los componentes del flujo del fluido colectivamente comprendan un "flujo trabajando ", o un gas de alta presión.

Para poder lograr el calentamiento del fluido entre el flujo del fluido y el flujo trabajando, el sistema de transferencia de calor comprende un aparato configurado primariamente para llevar al flujo trabajando a una temperatura más baja, o para llevar al flujo del fluido a una temperatura más alta. Por ejemplo, la corriente del fluido pasa a través de una o más cambistas de calor que conectan a la corriente de fluido al fluido de la fuente de calor mientras que la corriente de flujo progresa hacia un estado de alta temperatura, el cual posteriormente pasa a través de una o más turbinas. En contraste, la corriente trabajando que ya ha pasado a través de las turbinas normalmente se envía como una corriente ya utilizada. La corriente ya utilizada en enfriada cuando se transfiere calor a la corriente del fluido en un cambista de calor, ya que la corriente utilizada esta relativamente más caliente que la corriente del fluido en uno o más niveles del sistema.

Para poder obtener la temperatura requerida para expansión en las turbinas, los sistemas de intercambio de calor con cortacorriente calientan la corriente de fluido de puntos bajos de temperatura a los puntos más altos de temperatura. Esto resulta en un número de variables del sistema que los sistemas convencionales de intercambio de calor considerarán. Por ejemplo, si la temperatura óptima de expansión de la temperatura de un ambiente con una corriente de múltiples componentes ya es una fuente trabajando de vapor, la corriente de una temperatura muy alta, una fuente de calor muy caliente que normalmente está más caliente que la temperatura deseada de la corriente trabajando será usada. Como alternativa, si la fuente de calor solo está un poco más caliente que la ultima temperatura deseada de la corriente de múltiples componentes, la corriente del flujo solo necesitará estar más caliente que la temperatura ambiente, de manera que el fluido de múltiples componentes pueda ser calentado a la temperatura deseada para la corriente trabajando.

Por lo menos en una parte, debido a la distinción de fluidos de la corriente en diferentes temperaturas en su punto de ebullición, las temperaturas de la fuente de calor, la temperatura deseada de la corriente trabajando, las eficiencias del sistema la solución salina de la fuente de calor normalmente es desechada a una temperatura más caliente que la deseada. Por ejemplo, en ciertos sistemas ilustrativos como los sistemas convencionales de transferencia de calor pasan la solución salina a través de uno o más cambistas de calor, la solución salina entonces se enfria de una temperatura promedio de 600° F a una extrema temperatura de más o menos 170-200° F. Aunque 200° F aun en una temperatura relativamente caliente para realizar significantes transferencias de calor en corriente convencionales de flujo, la corriente convencional de fluido es considerada relativamente fría, o tibia, en una temperatura similar a los 170-200° F. En particular, el punto más frió de una corriente de fluido convencional normalmente está muy caliente para poder calentarse de manera eficiente por la porción de baja temperatura (i.e., la "cola de la baja temperatura ") de la solución salina. Debido a esto, los sistemas convencionales de calor tienden a ser más eficientes al desechar la solución salina a los aproximadamente 170-200° F.

Una posible solución podría ser enfriar la corriente del fluido a una temperatura mas baja que los 190-200° F, de manera que la corriente del fluido pueda ser calentada eficientemente utilizando el calor de la cola de baja temperatura. En principio, esto puede involucrar el uso de un subsistema de destilación y condensación ("DCSS" por sus siglas en inglés) en conjunto con el sistema de transferencia de calor antes descrito. Desafortunadamente, mientras que el uso de un DCSS podría de manera eficiente enfriar una corriente ya utilizada, la temperatura a la que un DCSS convencional podría enfriar una corriente ya utilizada común sería muy baja para poder ser utilizada de manera eficiente. Esto es que, un DCSS convencional podría enfriar la corriente ya utilizada a una temperatura tan baja que no podría ser elevada de manera eficiente hasta el punto en que pueda convertirse en parte de la corriente trabajando.

De acuerdo con lo mencionado, una ventaja en esta técnica puede realizarse con sistemas y aparatos que permitan la eficiencia del uso de una cola de baja temperatura. En particular, una ventaja en esta técnica puede notarse con sistemas de transferencia de calor que puedan de utilizar de manera eficiente un DCSS, de manera que una corriente de fluido aun pueda levantarse a una temperatura suficiente para poder llegar a ser una corriente trabajando.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente ' invención resuelve uno o más de los problemas que pueden presentarse en la técnica previa con sistemas y aparatos configurados para de manera eficiente utilizar todo del calor desperdiciado posible en sistemas de transferencia de calor previos. En particular, la presente invención es proporcionada para el uso de una "cola de baja temperatura " de la fuente de calor de una solución salina en un sistema de transferencia de calor, por lo menos en parte al eficientemente incorporar un DCSS junto con un aparatos adicionales de intercambio de calor.

Por ejemplo, en una de las modalidades de la presente invención, un DCSS se conecta a cortacorriente de un sistema de intercambio de calor. El DCSS es usado por lo menos en parte para enfriar una corriente utilizada después de que la corriente trabajando ha pasado por una o mas turbinas. Debido a la temperatura relativamente baja de la corriente de fluido proporcionada por el DCSS, sien embargo, uno o más aparatos de intercambio de calor se agregan para incrementar la temperatura de la corriente de fluido a un rango útil de la temperatura. En este rango de temperatura, la corriente del fluido puede subsecuentemente unirse a una cola de baja temperatura tan baja como a los 150-200° F por medio de un cambista de calor adicional, y aun ultimadamente alcanzar una temperatura para ser parte de la corriente trabajando.

Relacionado con lo anterior, un sistema de transferencia de calor de acuerdo con la presente invención puede convertir una gran cantidad de calor de la fuente de calor en energía útil, y puede hacerlo con una eficiencia de energía más significante que los sistemas de transferencia de calor previos.

Otras características y ventajas de las modalidades a modo de ejemplo se encuentran en la descripción siguiente, y en parte serán obvias en la descripción, o pueden aprenderse de la práctica de dichas modalidades de ejemplo. Las características y ventajas de dichas modalidades pueden notarse y obtenerse por medio de los instrumentos y combinaciones particularmente señaladas en las reivindicaciones anexas. Esta y otras características serán mas aparentes en la siguiente descripción y reivindicaciones anexas, o pueden aprenderse por medio de la práctica de dichas implementaciones a modo de ejemplo que se encuentran en la presente a continuación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para poder describir la manera en la que se puede obtener lo anteriormente mencionado y otras ventajas y características de la invención, a continuación se describe una descripción más detallada de la invención con referencia a modalidades específicas las cuales están ilustradas en los dibujos adjuntos. Para entender estos dibujos que representan las modalidades típicas de la invención y no son por lo tanto para ser consideradas como una limitante del alcance de la invención, esta invención será descrita y explicada con especificaciones adicionales y detalles a través del uso de los dibujos que la acompañan en donde: La figura 1 ilustra un sistema de transferencia de calor de acuerdo con la modalidad de la presente invención, en donde se utilizan dos turbinas; y La figura 2 ilustra un sistema de transferencia de calor de acuerdo con otra modalidad de la presente invención, en donde se utiliza una turbina.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La presente invención se extiende a sistemas y aparatos configurados para utilizar de manera eficiente el calor de desperdicio que sea posible en previos sistemas de transferencia de calor. En particular, la presente invención se proporciona debido al uso de una "cola de temperatura baja " de una fuente de calentamiento de una solución salina en un sistema de transferencia de calor, por lo menos en parte para incorporar como agente de eficiencia a un DCSS junto con otros aparatos de intercambio de calor.

Por ejemplo, la figura 1 ilustra una modalidad de la presente invención en donde un sistema de transferencia de calor 100 comprende un subsistema de poder 101 que esta conectado a un sistema de enfriamiento, como un subsistema de destilación y condensación ("DCSS") 103. El subsistema de poder 101 puede pensarse en ser tan general como para calentar la corriente de múltiples componentes hasta un punto en donde la corriente del flujo de múltiples componentes se convierta por lo menos de manera parcial en una corriente de vapor trabajando. En contraste, el DCSS 103 puede pensarse para generalmente enfriar una expansión de una corriente utilizada a una corriente de fluido frió, de la misma manera, calentar la corriente de fluido donde sea apropiado para utilizarse posteriormente como corriente de múltiples componentes en el subsistema de 101. La figura 1 también muestra la dirección de una corriente de múltiples componentes (ambas para la corriente de fluido y para la corriente de la fuente de calor) a través del sistema de transferencia de calor 100, mientras que el fluido es condensado y calentado en cambistas de calor en el sistema.

Por ello, la siguiente descripción resume la corriente de la corriente de la fuente de calor (ej . , "solución salina") mientras corre a través del sistema de transferencia de calor 100 (y el sistema 200) , y posteriormente las corrientes, la utilizada y la de fluido intermedio, las cuales son distintas y separadas de la corriente de la fuente de calor a través del subsistema de poder 101 y del DCSS 103. Con referencia a la corriente de la fuente de calor, será entendido que pueden haber implementados varios tipos de corrientes de fuente de calor con la presente invención. Por ejemplo, una corriente de la fuente de calor que se encuentra para poder ser utilizada por la presente invención puede comprender cualquier liquido caliente disponible o vapor, o una mezcla de estos, tal como líquidos, vapores, aceites y otros agentes producidos de manera sintética o natural. Por ello, las implementaciones de los sistemas descritos en la presente pueden ser de manera particular útiles para convertir al calor de fluidos geotérmicos, como la "solución salina ", in poder eléctrico, así como convertir otros fluidos sintéticos de desperdicio de calor en el ambiente de una fábrica en poder eléctrico .

Refiriéndonos de Nuevo a la figure 1, la corriente de la fuente de poder entra al sistema de transferencia de calor 100 en el punto 50 (en cualquier entre 2500F hasta 8000F) , donde la fuente de calor se divide en dos corrientes 51 y 151, que son utilizadas para agregar calor a una corriente trabajando justo antes de que la corriente trabajando pase a una turbina u a otro componente de expansión. Por ejemplo, la corriente 51 pasa a través de un cambista de calor 304, el cual transfiere el calor a la corriente trabajando en el punto 30 justo antes de entrar en la primera turbina 501. Como se describe en la presente, la división de las corrientes puede ser llevada a cabo por cualquier medio disponible, como lo es un componente convencional de división que divide la corriente de múltiples componentes en dos corrientes separadas.

Después de que la corriente trabajando pasa por la primera turbina, la corriente trabajando se enfria hasta llegar a un punto 32. Por ello, la corriente 151 calienta a la corriente trabajando desde el punto 32 al punto 35 donde pasa a través del cambista de calor 305, el cual está adyacente a una segunda turbina 502, de manera que la corriente trabajando puede ser calentada justo antes de que pase a la segunda turbina 502. Como se utiliza en la presente, un "cambista de calor " puede ser cualquier tipo convencional de cambistas de calor, como un tubo o armazón convencional, o cambistas de calor del tipo placa, o variaciones o combinaciones. Por ello, la corriente de la fuente de poder en el punto 151 se enfria hasta parámetros de en el punto 150» habiendo transferido una cantidad de su primer calentamiento en el intercambiador de calor 305.

Las corrientesl50 (corriente original 151) y 152 (corriente original 51) entonces se combinan en el punto 153 antes de entrar al intercambiador de calor 303, donde la corriente combinada en un punto 153 es cierta cantidad más fria que en el punto 50. La mezcla o combinación de cualquier corriente de fluido, trabajando, intermedia, utilizada o de otro tipo puede llevarse a cabo por cualquier dispositivo para mezclar disponible para combinar las corrientes y asi formar una sola corriente.

Habiendo pasando los cambistas de calor en el punto 153,1a corriente combinada de la fuente de calor aun se encuentra en una temperatura relativamente alta, asi que aun tiene una significante cantidad de calor que puede ser transferido a la corriente trabajando. Por ello, la corriente combinada en el punto 153 pasa a través de un intercambiador de calor 303, donde transfiere el calor de la corriente de la fuente de calor a la corriente trabajando, causando que la corriente trabajando se caliente desde un punto 66 a uno 67. La corriente de la fuente de calor, teniendo ciertos parámetros de enfriamiento en el punto 53, aun tiene cierta relativa temperatura alta, asi que pasa a través de un intercambiador de calor 301. Esto calienta a la corriente trabando del punto 161 al 61, y enfria la corriente de la fuente de calor más allá del punto 53 al punto 54.

En una modalidad, en el punto 54, estos parámetros de la corriente de la fuente de calor están asociados con un rango de temperatura alrededor de los 170-200° F, dependiendo en parte de otras condiciones de operación de la relevante fuente de calor y del sistema 101. En otra modalidad, los parámetros de la corriente de la fuente de calor en el punto 54 están asociados con rangos de temperatura alrededor de 130-250° F. En el punto 54, la corriente de la fuente de calor se encuentra ahora en parámetros de la convencional "cola de baja temperatura ", y normalmente puede ser desechada. Como se comprenderá mejor y por complete en la siguiente descripción, sin embargo, el sistema 100 puede eficientemente utilizar esta cola de baja temperatura, igual que la corriente de la fuente de calor pasa del punto 54 a través de un cambista de calor 405 a un punto 55. Desde el momento en que el cambista de calor 405 transfiere el calor de la cola de baja temperatura, el cambista de calor 405 puede ser llamado "cambista de calor residual".

Habiendo ya descrito el camino de la corriente de la fuente de calor, la siguiente descripción ilustra el camino y los cambios hacia la corriente del fluido del sistema 100, mientras que se calienta y se enfria en varias etapas a través del subsistema de poder 101 del punto 60- al punto 36, y luego el como viaja a través del DCSS 103 del punto 38 al punto 29\ ? modo de explicación, en una modalidad la corriente de fluido puede estar comprendida por una mezcla de agua con amoniaco que tiene un punto de ebullición de 338° F. Como se entenderá en la presente descripción, por lo tanto, la corriente del fluido esta o ce acerca a su punto de ebullición en el punto 60, en o cerca de su punto de roció en el punto 30, y o cerca de formas liquidas en puntos desde el 18, y 102. Estas diferencias entre el punto de ebullición, el punto de roció, y la forma liquida ocurren desde que el fluido trabajando esta formado por una mezcla de componentes más que una sustancia pura.

Con referencia a la figura 1 en el punto 60, el sistema de transferencia de calor 100 divide a la corriente trabajando en dos corrientes de componentes múltiples en los puntos 161 y 162. La corriente trabajando en el punto 161 es calentada, por la corriente en la fuente de calor a parámetros hasta el punto 61 en cambista de calor 301, mientras que la corriente trabajando en el punto 162 es calentada a parámetros del punto 62 por la corriente utilizada 36 en el cambista de calor 302. Después de pasar por los relevantes cambistas de calor, las corrientes trabajando en los puntos 61 y 62 se combinan en una corriente trabajando que tiene parámetros en el punto 66. Ya que son parte de la corriente trabajando en el punto 60 es calentado por la corriente de la fuente de calor, mientras que otra parte de la corriente trabajando es calentada por la corriente utilizada, el subsistema de poder 101 puede hacer uso efectivo de un potencial número de fuentes de calor.

La corriente trabajando en el punto 66 es calentada por la corriente de la fuente de calor del punto 153 a parámetros al punto 67 por medio de un cambista de calor 303. En una de las modalidades, en el punto 67 la corriente trabajando comienza a convertirse en un vapor súper calentado. Después, la corriente trabajando es calentada por la corriente de la fuente de calor en el punto 51, de manera que la corriente trabajando se calienta desde el punto 67 al punto 30 por medio de un cambista de calor 304. Esto optimiza la corriente trabajando convencional para que pueda pasar por la turbina 501 en un estado deseado de alta energía. En una de las modalidades, el estado de alta energía deseada es calor súper calentado.

A medida que la corriente trabajando pasa a través de la turbina 501, desde los puntos 30 al 32, la corriente trabajando se convierte en parte una "corriente utilizada ", de manera que pierde una cantidad de energía en la forma de perdida de presión y temperatura. La corriente parcialmente utilizada en el punto 32 es calentada a través de un cambista de calor 305 para obtener parámetros del punto 35. Pasado esto, entonces se puede apreciar que el sistema 100 podrá encontrar entonces un incremento adicional de energía, obtenido de la continua separación de la corriente de la fuente de calor en el punto 50 para- calentar aun más iteraciones subsecuentes de una corriente parcialmente utilizada a través de varios números de cambistas de calor y turbinas y así consecutivamente. Por todo esto, el uso de una o dos turbinas de la presente descripción son meramente a manera de ejemplo de una de las modalidades disponibles.

Después de que la corriente trabajando pasa a través de una o más turbinas 501, 502, la ahora ya utilizada corriente en el punto 36 pasa a través de un cambista de calor 302. Esto enfría la corriente utilizada hasta los parámetros del punto 38, mientras que al mismo tiempo se calienta una parte de la corriente trabajando desde el punto 162 al 62. (Por lo menos en algunos casos, la corriente gastada en el punto 36 puede ocurrir en una presión más baja que en la de la corriente trabajando a alta presión alta en puntos 162 y 62, aunque la corriente trabajando en el punto 36 esté más caliente.) En sistemas convencionales, la corriente utilizada en el punto 38 ordinariamente debe de pasar al punto 60 para un recalentamiento recuperativo. En el presente sistema 100, sin embargo, la corriente utilizada en el punto 38 se enfría posteriormente utilizando un DCSS 103.

Por ejemplo, la corriente utilizada en el punto 38 pasa a través de un cambista de calor 401, asi como la corriente utilizada es enfriada desde el punto 38 a parámetros en puntos 16 y luego 17. Este enfriamiento de la corriente utilizada desde el punto 38 al punto 17 en el cambista de calor 401 transfiere el calor a la relativamente fría corriente intermedia "corriente de apoyo " del punto 102 al punto 5. La corriente de apoyo pasa de parámetros relativamente frios del punto 102 a parámetros relativamente calientes en el punto 3 (típicamente, el punto de ebullición), y por último a parámetros en el punto 5. En general, una "corriente de apoyo " se refiere a una corriente de fluidos que tiene un componente con un punto de ebullición menor que un componente con un punto de ebullición mayor (ej . Amoniaco contra agua) , mientras que una "corriente rica" se refiere a una corriente de fluido que tiene un componente con un punto de ebullición más bajo que un componente con un punto de ebullición más alto. Además, una corriente "delgada - intermedia" tiene mas de un componente con un punto de ebullición bajo (ej . amoniaco, en un agua amoniacal) que una corriente "delgada" ó "muy delgada" (i.e., menor cantidad de amoniaco en un agua amoniacal), pero con un componente con un punto de ebullición menor que una corriente "rica" .

La corriente ya utilizada en el punto 17 entonces se combina con una corriente muy delgada que tiene parámetros del punto 12, para producir una corriente combinada de fluido (ó una corriente "intermedia delgada") que tiene parámetros de punto 18. La corriente intermedia delgada combinada es entonces enfriada en el cambista de calor 402, el cual transfiere calor de la corriente intermedia delgada en el punto 18 a una fria mediana. El aparato 402 y 404 pueden contra con algunos condensadores de intercambio de calor, como los son los cambistas de agua o de enfriamiento del aire.

El enfriamiento mediano puede tener cualquier cantidad o una combinación de medios suficientes para condensar la corriente delgada mediana desde el punto 18 al punto 1 por medio del cambista de calor 402. Dicho medio puede incluir aire, agua, un enfriador químico, o cualquier otro agente, y se encuentran de manera simple en un ciclo hacia adentro y hacia afuera del sistema 100, como sea apropiado. Por ello, el enfriamiento mediano se introduce al sistema 100 relativamente frío, como el del punto 23, calentado por cambistas de calor 402 y 404 a puntos 59 y 58, y después en el ciclo hacia fuera del sistema 100 relativamente calientes en el punto 24. Ya que el enfriamiento mediano esta dentro del ciclo hacia adentro y hacia afuera del sistema, el enfriamiento mediano mantiene una constante relativa temperatura fria que puede absorber el calor de la corriente de múltiples componentes .

Después de que la corriente delgada mediana ha sido condensada en parámetros en el punto 1, la bomba 504 eleva la presión de la corriente, causando que la corriente delgada intermedia se eleve a parámetros del punto 2. ? continuación, la presión elevada de la corriente delgada intermedia se divide en dos partes. Una parte, que será discutida con mayor detalle posteriormente, tiene parámetros del punto 8, y está mezclada con una corriente rica con parámetros del punto 6. La otra parte de la corriente delgada de presión mediana, teniendo parámetros del punto 102, es calentada en el aparato 401 por la corriente ya utilizada del punto 6, de manera que la corriente delgada intermedia gana parámetros del punto 5.

En el punto 5, la corriente delgada intermedia es separada en el aparato 503 en componentes primarios de vapor y liquido, como el componente de vapor tiene parámetros del punto 7, y el componente liquido tiene parámetros del punto 9. Uno podrá apreciar, sin embargo, que ninguno de los dos componentes, ni el vapor ni el liquido son un componente puro u otro. Sin embargo, el flujo de vapor será más rico en el componente con punto de ebullición bajo (i.e., una corriente "rica"); mientras que el flujo del liquido tiene una gran cantidad de componentes con un punto de ebullición alto (i.e., una corriente "delgada"). El aparato 503 puede contener algún separador o dispositivo destilador que se encuentre dentro de la descripción, como un separador de gravedad (E . , un tanque de flash convencional) .

En una modalidad, los componentes vapor y liquido de las corrientes en los puntos 7 y 9 son separadas para que puedan ser selectivas al mezclarse (o no mezclarse) para calentar (o mantener) la cantidad de temperatura proporcionada en un cambista de calor intermedio 403. Por ejemplo, una porción del vapor en el punto 7 puede selectivamente ser dividida en una corriente en el punto 6, y en otra corriente en el punto 15. Si el componente liquido en el punto 9 no está lo suficientemente caliente para calendar la corriente de componentes múltiples del punto 21 al punto 29 en el cambista de calor 403, una porción más grande de la corriente con un componente del vapor más caliente del punto 15 puede agregarse a la corriente del componente liquido en el punto 9, para producir una corriente más caliente teniendo parámetros en el punto 10. Como modo alternativo, si el componente liquido en el punto 9 está lo suficientemente caliente para lo que se necesita en el cambista de calor 403, entonces no será necesario que se mezcle con el vapor en el punto 15. Dicha mezcla, por lo tanto es opcional y depende de las condiciones relevantes operacionales .

A pesar de que se lleve a cabo o no dicha mezcla, la corriente en el punto 10 es generalmente una corriente "muy delgada " o una corriente con una cantidad muy baja de componentes con un punto de ebullición bajo. Esta corriente muy delgada en el punto 10 pasa a través del cambista de calor intermedio 403, calienta la corriente del fluido del punto 21, y enfria la corriente muy delgada del punto 10 al punto 1. En algunos casos, si es necesario, la corriente de fluido en el punto 11 posteriormente puede ser sometida a una presión más baja. Sin embargo, la corriente de fluido en el punto 11 pasa a parámetros del punto 12, y entonces se mezcla con la corriente ya utilizada en el punto 17 antes de pasar a través del cambista de calor 402. Refiriéndonos de Nuevo a la corriente del punto 5, el componente de vapor en el punto 7 que es dividido aparte del componente liquido del punto 9, difiere de los componentes de vapor de los puntos 6 y 15 primariamente con respecto a la taza de corriente. En práctica, sin embargo, los componentes de vapor de los puntos 6, 7, y 15 también pueden tener presiones ligeramente diferentes. Sin tomar esto en cuenta, el componente de vapor (i.e., el componente del punto 7, o los componentes de las corrientes 6, o 15) , es una corriente "rica", teniendo una relativa cantidad alta de componentes con un punto bajo de ebullición. Esta corriente "rica" en el punto 6 as subsecuentemente mezclada con la porción de la corriente delgada intermedia en el punto 8, para producir la corriente de múltiples componentes en el punto 13. La corriente intermedia en el punto 13 es aproximadamente la misma porción de componentes con puntos de ebullición altos y bajos (ej . , proporción de amoniaco en el agua) que la corriente trabajando utilizada subsecuentemente en el proceso de transferencia de calor, como la de los puntos 60 y más.

Esta corriente intermedia en el punto 13 se condensa en el cambista de calor 404 por el medio enfriador antes mencionado y se convierte en una corriente condensada. Debido a esto, esta corriente de fluido en e.l punto 13 se enfria desde parámetros del punto 13 a parámetros del punto 14. La corriente de fluido en el punto 14 es bombeada entonces por la bomba 505, de manera que la corriente de fluido se convierte en una corriente trabajando de alta presión que tiene parámetros del punto 21. La corriente trabajando en el punto 21 es entonces calentada al punto 29 a través del cambista de calor 403, causando que la corriente intermedia se enfrie desde el punto 10 al punto 11. En le punto 29, la corriente trabajando es calentada por la "cola de baja temperatura" de la corriente de la fuente en el cambista de calor 405, de manera que la corriente de la fuente de calor se enfria de los puntos 54 a 55.

En lo sucesivo, se podrá apreciar que la corriente trabajado en el punto 29 debe estar a una temperatura apropiada para que su uso pueda ser efectivo (i.e., ser calentada por) en la cola de la baja temperatura en el cambista de calor 405. Esto puede ayudar a asegurar que la corriente trabajando en el punto 30 pase a través de la turbina 501 en el punto disponible más alto de energía del sistema 100. De acuerdo con esto, aunque la corriente trabajando en el punto 30 alcance su salida más eficiente de energía puede depender en parte de la temperatura de la corriente intermedia en el punto 10. Por ejemplo, si la corriente trabajando en el punto 29 se encuentra en una temperatura muy alta, hay muy poca eficiencia o nula agregada transfiriendo calor desde la cola de baja temperatura en los puntos 54 a 55. En contraste, si la corriente trabajando en el punto 29 está muy fría después de haber pasado por el DCSS 103, la cola de baja temperatura de los puntos 54-55 no podrá calentar la corriente trabajando desde el punto 29 hasta la temperatura deseada en el punto 60.

De acuerdo con una de las modalidades de la presente invención, el DCSS 103 puede ayudar a asegurar la temperatura apropiada de la corriente trabajando en el punto 29 permitiendo la adición variable de calor a la corriente intermedia en el punto 10. Como se ha descrito previamente, esto puede lograrse al agregar variablemente (o no agregar) un componente de vapor 15 con un componente liquido 9. En otras palabras, entre mas vapor 15 se agregue a la corriente 9, más caliente estará la corriente de mezcla de fluidos en el punto 10, y entre más calor se le añada a la corriente trabajando en el punto 21. Por lo tanto, las provisiones para separar y mezclar en la corriente de fluido en la DCSS 103 permite al sistema 100 para lograr un uso eficiente en la cola de temperatura baja (i.e., puntos 54-55) en la corriente traba ando. Incluso, las implementaciones de la presente invención hacen efectivo el uso de la corriente de la fuente de poco calor para obtener un poder adicional en las turbinas 501 y 502, y asi sucesivamente.

La figura 2 muestra una alternativa en el sistema de transferencia de calor 200, el cual implementa sólo una turbina 502. En particular, el sistema 100 puede ser modificado, como se muestra en la figura 2, de manera que las corrientes 32, 150, y 151, y el cambista de calor 305 son omitidos. Esto resulta solo en la corriente trabajando en el punto 30 pasando a través de la turbina 502 para producir una corriente ya gastada 36, la cual posteriormente es procesada en un cambista de calor 302, como se describió anteriormente. Como también mencionamos, sin embargo, el número de turbinas que puedes utilizarse para incrementar la ganancia de energía puede variar dentro del contexto de la presente invención.

En modalidades alternas de la presente invención, donde el cambista de calor 303 del sistema 100 o 200, puede estar siendo suplido por un cambiante de calor 304. En otra de las modalidades, el cambista de calor 302 puede ser suplido por un cambista de calor 301.

La presente invención puede ser modificada en tras formas específicas sin dejar de partir de su espíritu o características esenciales. Las modalidades descritas son para ser consideradas en todos sus aspectos solo a manera ilustrativa más no restringida. El alcance de la invención es, por lo tanto, indicando en las reivindicaciones anexas más que en la presente descripción. Todos los cambios que se encuentran dentro de lo explicado y en el rango de equivalencia de las reivindicaciones son para ser tomadas en cuenta dentro de su alcance.

Claims (21)

REIVINDICACIONES

1. ün aparato para implementar un ciclo termodinámico comprendiendo : Un mandril de expansión que está conectado para recibir una corriente trabajando de múltiples componentes gaseosos y que está adaptada para transformar la energía de la corriente trabajando de múltiples componentes gaseosos en una forma útil y producir una corriente precondensada; un' subsistema de destilación condensación configurado para recibir la corriente precondensada, donde la corriente precondensada tiene un parámetro de la primer temperatura, el subsistema condensador de destilación incluyendo: por lo menos un primer condensador configurado para condensar la corriente precondensada para producir una corriente condensada; un separador de corriente configurado para separar la corriente condensada en una corriente rica y una corriente ligera para usarse al formar una corriente liquida trabajando, y una bomba configurada para presurizar la corriente liquida trabajando, donde el parámetro de la temperatura de la corriente trabajando presurizada tiene un parámetro de temperatura baja comparado con el parámetro de la temperatura de la corriente precondensada que entra al subsistema de destilación condensación; y un primer cambista de calor configurado para calentar la corriente trabajando presurizada utilizando una corriente del subsistema de destilación condensación; y un cambista de calor residual que recibe la corriente trabajando presurizada del primer cambista de calor, el cambista de calor residual configurado para calentar la corriente trabajando utilizando una extremo de baja temperatura de la corriente de una fuente externa de calor donde el parámetro de la temperatura de la corriente trabajando presurizada que esta entrando al cambista de calor residual es mas baja que el parámetro de la temperatura de la corriente precondensada que entra en el subsistema de destilación condensación.

2. El sistema de transferencia de calor como se menciona en la reivindicación 1, donde la corriente trabajando comprende una mezcla de componentes donde cada uno tiene un punto de ebullición diferente como una mezcla que incluye una o mas integrantes como agua y amoniaco.

3. el sistema de transferencia de calor como se menciona en la reivindicación 1 donde la corriente de la fuente de calor es un material de fluido que comprende una o más soluciones Salinas que surgen de un viento geotérmico o

4. El sistema de transferencia ""de calor como se menciona en la reivindicación 1, donde el subsistema de destilación condensación también comprende un separador configurado para de manera sustancial separar un componente de vapor en una corriente intermedia de un componente liquido.

5. El sistema de transferencia de calor como se menciona en la reivindicación 4, donde el subsistema de destilación condensación esta configurado para opcionalmente combinar de nuevo el componente de vapor con el componente liquido para poder obtener la temperatura apropiada para la corriente intermedia.

6. El sistema de transferencia dé calor como se menciona en la reivindicación 5, donde el subsistema de destilación condensación comprende también un cambista de calor que transfiere el calor de la corriente intermedia a la corriente trabajando después de que la corriente intermedia ha pasado el separador, de manera que la corriente intermedia calienta la corriente trabajando a la temperatura apropiada para poder utilizarse con la cola de baja temperatura .

7. El sistema de transferencia de calor como se menciona en la reivindicación 1, donde el mandril de expansión comprende una pluralidad de turbinas configuradas para generar electricidad a partir de la corriente trabajando.

8. El sistema de transferencia de calor como se menciona en la reivindicación 7, donde el subsistema de poder comprende una pluralidad de cambistas de calor correspondientes, posicionados de manera adyacente cada uno a la pluralidad de turbinas, de manera que por lo menos una parte de la corriente de la fuente de calor pase a través de cada una de las diferentes y correspondientes cambistas" de calor para calentar la corriente trabaj ando .

9. ün método para implementar un ciclo termodinámico comprende: expandir una corriente trabajando con múltiples componentes gaseosos transformando su energía a una forma útil y producir una corriente ya utilizada; enfriar la corriente ya utilizada en un cambista de calor utilizando una corriente intermedia para producir una corriente precondensada; condensar la corriente ya utilizada en un subsistema de destilación condensación para producir una corriente condensada, donde la temperatura de la corriente ya utilizada después de enfriarse y antes de condensarse tiene un primer parámetro de temperatura; separar la corriente condensada en una corriente rica y una corriente ligera para producir una corriente liquida trabaj ando; presurizar la corriente liquida trabajando y produciendo una corriente trabajando presurizada; calentar la corriente trabajando presurizada en un primer cambista de calor utilizando una corriente del subsistema de destilación condensación, y calentar la corriente trabajando presurizada del primer cambista de calor a un cambista de calor residual utilizando una cola de baja temperatura de una corriente de fuente de calor externa donde el parámetro de la temperatura de la corriente trabajando presurizada que está entrando al cambista de calor residual es más baja que la temperatura parámetro de la corriente precondensada que está entrando en el subsistema de destilación condensación.

10. El método como se menciona en la reivindicación 9, también comprende la posibilidad de dividir la corriente de la fuente de calor en el momento en que es recibida de manera que la corriente de la fuente de calor es utilizada para calentar la corriente trabajando en el momento en el que directamente pasa a través de una pluralidad de cambistas de calor adyacentes a una pluralidad de turbinas correspondientes.

11. El método como se menciona en la reivindicación 9, donde la corriente intermedia comprende un componente de vapor y un componente liquido.

12. El método como se menciona en la reivindicación 11, también comprende la posibilidad de dividir la corriente calentada intermedia en un componente substancialmente de vapor y un componente substancialmente liquido, de manera que por lo menos una porción de l corriente intermedia comprenda al componente substancialmente liquido.

13. El método como se menciona en la reivindicación 12, también comprende de manera opcional modificar la temperatura de por lo menos una porción de la corriente intermedia con el componente substancialmente de vapor, de manera que la corriente trabajando sea calentada a una temperatura apropiada para poder ser calentada por la cola de baja temperatura.

14. Un método para implementar un ciclo termodinámico comprende: Expandir la corriente trabajando de múltiples componentes gaseosos transformando su energía en algún modo utilizable y produciendo una corriente ya utilizada; Condensar la corriente utilizada en un sistema de destilación condensación y producir una corriente condensada donde la temperatura de la corriente utilizada antes de entrar al subsistema de destilación condensación tiene un primer parámetro de temperatura; Presurizar la corriente condensada y producir una corriente de múltiples componentes; Calentar la corriente de múltiples componentes con fluido proveniente del subsistema de destilación condensación; y De manera subsiguiente al calentamiento de la corriente de múltiples componentes con fluido del subsistema de destilación condensación, calentar la corriente trabajando con la cola de baja temperatura de una corriente de una fuente de calor en un cambista de calor residual donde el parámetro de la temperatura de la corriente trabajando que esta entrando al cambista de calor residual es más baja que el parámetro de temperatura de la corriente utilizada entrando al subsistema de destilación condensación.

15. El subsistema de poder mencionado en la reivindicación 14, donde subsecuentemente al calentamiento de la corriente trabajando con la cola de baja temperatura de una corriente de una fuente de calor, divide la corriente trabajando en una primera y en un asegunda corriente.

16. El subsistema de poder mencionado en la reivindicación 15, donde la primera corriente es calentada con la corriente de la fuente de calor.

17. El subsistema de poder mencionado en la reivindicación 15, donde la segunda corriente es calentada con la corriente ya utilizada .

18. ün subsistema de destilación condensación configurado para transmitir calor a partir de una corriente de una fuente de calor, como lo es una cola de baja temperatura de una corriente de una fuente de calor puede ser utilizada de manera eficiente comprendiendo : Uno o mas cambistas de calor configurados para transferir calor desde una corriente ya utilizada hacia una corriente intermedia en un subsistema de destilación condensación, de manera tal que la corriente ya utilizada es enfriada, y la corriente intermedia es calentada para formar un componente substancialmente de vapor y un componente substancialmente liquido; un cambista de calor intermedio operativamente uniendo un subsistema de poder al subsistema de destilación condensación, donde el cambista de calor intermedio transfiere el calor de la corriente intermedia en el subsistema de destilación condensación en una corriente trabajando en el subsistema de poder; y un cambista de calor utilizando la cola de baja temperatura de la corriente de la fuente de calor a una corriente de múltiples componentes donde el subsistema de destilación condensación enfria a la corriente trabajando de manera que el calentamiento de la corriente trabajando enfria a la corriente de a fuente de calor a un parámetro de temperatura tal que la corriente de las fuentes de calor salga del sistema en un parámetro de temperatura más bajo que en la ausencia de enfriamiento proporcionado por el subsistema de destilación condensación.

El subsistema de destilación condensación como se menciona en reivindicación 18, también comprende un separador configurado para separar el componente substancialmente de vapor del componente substancialmente liquido de manera que la corriente intermedia comprenda al componente substancialmente liquido.

20. El subsistema de destilación condensación como se menciona en la reivindicación 18, donde el separador es configurado para de manera opcional calentar la corriente intermedia con el componente de vapor, de manera que la corriente trabajando pueda llevarse a la temperatura apropiada.

21. El subsistema de destilación condensación como se menciona en la reivindicación 18, donde el cambista de calor utilizando la cola de baja temperatura de la corriente de la fuente de calor para calentar la corriente de múltiples componentes comprende un cambista de calor residual.