ITMI20090039A1

ITMI20090039A1 - Procedimento e sistema per la generazione di energia utilizzante sorgenti di calore liquide e o gassose a bordo di unita navali

Info

Publication number: ITMI20090039A1
Application number: IT000039A
Authority: IT
Inventors: Franco Finocchiaro
Original assignee: Franco Finocchiaro
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2010-07-20
Also published as: WO2010082228A3; WO2010082228A2

Description

PROCEDIMENTO E SISTEMA PER LA GENERAZIONE DI ENERGIA UTILIZZANTE SORGENTI DI CALORE LIQUIDE E/O GASSOSE A BORDO DI UNITÀ NAVALI.

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un procedimento ed un sistema per la generazione di energia utilizzante sorgenti di calore liquide e/o gassose a bordo di unità navali.

Per quanto riguarda le applicazioni navali, nel periodo compreso tra gli anni 1970-1980, la marina degli Stati Uniti ha studiato l'applicazione di cicli Rankine accoppiandoli direttamente al sistema propulsivo per aumentarne la potenza. Il sistema non fu interamente applicato a causa di difficoltà dovute principalmente all'impiego di circuiti ad alta pressione in unità navali. Nella prospettiva di aumentare l'autonomia dei unità navali risulta conveniente utilizzare cicli ORC (Organic Rankine Cycle) impieganti fluidi organici i guali non presentano il rischio di condensazione in turbina. Nel brevetto "METHGD AND APPARATUS FOR DECREASING MARINE VESSEL POWER PLANT EXHAUST TEMPERATURE" ~ US7121906B2 (Oct. 17, 2006) e nella domanda di brevetto "RANKINE CYCLE DEVICE HAVING MULTIPLE TURBO-GENERATORS" -US 2006/0112692 Al (Jun. 1, 2006) si descrivono metodi ed apparati per riduzione del profilo termico emesso dai fumi di unità navali e la produzione di energia elettrica a bordo. I metodi descritti in tali brevetti utilizzano fluidi refrigeranti organici all'interno di un ciclo Rankine per la produzione di energia elettrica impiegando il calore sensibile contenuto nei fumi del mezzo navale, rivendicando l'evaporazione del refrigerante in evaporatori a contatto diretto con gli esausti di combustione. La soluzione reclamata è limitata dalla mancanza di sistemi atti a prevenire il possibile trascinamento di fasi condensate dall'evaporatore alle palette del turboespansore, con possibile erosione di quest'ultime, o di vapore dal condensatore al circuito di pompaggio, con possibile disinnesco e/o danneggiamento delle pompe. Sorprendentemente, nella presente invenzione sì fornisce un sistema atto alla generazione di energia meccanica e/o elettrica per mezzo dì circuiti ORC sia per la propulsione dei unità navali che per il suo utilizzo a bordo. Il procedimento inventivo risponde alla crescente richiesta in campo navale di disporre di soluzioni tecniche che permettano migliore autonomia, flessibilità, riduzione dell'impatto ambientale, manutenzione meno onerosa, integrandosi pienamente con gli ausiliari e con i sistemi propulsivi di bordo sia elettrici che meccanici. Il ritrovato consente, di sfruttare vantaggiosamente i cascami termici di bordo con temperature tra i 50 e gli 800°C e più preferibilmente tra 70 3 570°C. Il calore necessario per l'evaporazione del fluido organico di lavoro all'interno dei sistemi ORC è dislocato dalle sorgenti calde a quelle fredde, e da tali sistemi ORC all'ambiente esterno, grazie a sistemi di trasporto diretti o indiretti che utilizzano fluidi termovettori organici o inorganici. La soluzione presenta il vantaggio di non essere limitata all'uso di refrigeranti ma può impiegare a seconda dei casi, integralmente o in uno stadio del sistema, anche altri fluidi organici purché aventi stabilità termica e termochimica alla condizioni di lavoro.

Il procedimento, rivendicato nella presente domanda, per la generazione di energia a bordo di unità navali utilizza sorgenti di calore liquide e/o gassose provenienti dall'apparato motore e/o dagli stessi ausiliari di bordo e comprende i seguenti stadi: a) scambio termico indiretto tra dette sorgenti di calore gassose, e/o scambio diretto o indiretto con dette sorgenti liquide per mezzo di fluidi termovettori organici o inorganici (ad es acqua, Sali fusi, metalli fusi a basso punto di fusione o loro leghe), e uno o più sottosistemi atti a generare energia tramite cicli termodinamici ove circolano fluidi organici Rankine (ORC); b) conseguente vaporizzazione in uno o più vaporizzatori del fluido organico in detti sottosistemi ORC, sua espansione in un almeno un turboespansore; c) scambio termico, in almeno un ricuperatore, tra detto vapore organico espanso e il medesimo fluido organico precedentemente liquefatto in almeno un condensatore posto a valle nel ciclo. e) rilancio del condensato organico uscente da detti condensatori alla pressione prescelta tramite uno o più sottosistemi di pompaggio e chiusura del ciclo termodinamico; d) dissipazione del calore di condensazione del fluido organico circolante in detti sistemi ORC tramite sorgenti fredde poste entrobordo e/o fuoribordo; f) conversione dell'energia meccanica prodotta dai turboespansori dei sistemi ORC in energia elettrica per mezzo i generatori elettrici.

Oltre al procedimento si rivendica anche un sistema per la generazione di energia a bordo di unità navali utilizzante sorgenti di calore liquide e/o gassose tra temperature comprese tra 50 e 800°C e più preferibilmente tra 70 e 570°C provenienti dall'apparato motore e/o dagli ausiliari di bordo comprendente;

uno o più apparati di trasporto calore al sottosistema/i ORC da sorgenti calde poste entrobordo; - uno o più sottosìstemì ove circolano fluidi organici atti a generare energia tramite cicli termodinamici Rankine (ORC),

uno o piu apparati di trasporto calore dal sottosistema/i ORC a sorgenti fredde poste entrobordo e/o fuoribordo;

uno o più apparati atti all'inibizione del trascinamento di fasi liquide alle palette dei turboespansori e/o al1 'inibizione di fasi vapore ai dispositivi di pompaggio del circuito del fluido organico nei sottosistemi ORC;

-una o più dispositivi per monitoraggio/regolazione dei parametri operativi delle sezioni ORC, delle sezioni di trasporto del calore dalle sorgenti calde al ciclo organico e da quest'ultimo a sorgenti fredde interne e/o esterne all'unità navale

uno o più generatori elettrici dotati dispositivi accoppiamento con i turboespansori ORC;

- uno o più apparati di interconnessione, trasformazione, regolazione e/o rifasazione dell'energia elettrica prodotta dal sistema;

- una o più sezioni di controllo per la ripartizione dell'energia elettrica prodotta tra i carichi elettrici dell'unità navale.

Gli apparati che si rivendicano nel sistema inventivo possono comprendere, vantaggiosamente per la sezione ORC, l'utilizzo di sistemi atti all' inibizione del trascinamento di fasi liquide alle palette del turboespansore o di fasi gassose al circuito di pompaggio del sistema ORC tramite trappole per il vapore e/o sistemi di abbattimento del liquido all'interno o all'esterno dell'evaporatore del fluido organico, quali ad esempio setti, reti o apparati ad effetto centrifugo. Il sistema contempla la possibilità di impiego di almeno un generatore elettrico, includente almeno un sottosistema di allacciamento alla rete elettrica del mezzo navale. Al fine di minimizzare la manutenzione e ed eliminare l'usura il turbogeneratore può essere a cuscinetti magnetici attivi, e può, ad esempio, essere costituito da un unico corpo, comprendente una girante a sbalzo ed un generatore ad alta frequenza posto tra le strutture dei due cuscinetti magnetici, ciascuno composto da un sistema assiale/radiale. L'albero rotore del generatore é tenuto sospeso in levitazione dai cuscinetti senza avere superfici di contatto. Nel sistema possono essere compresi oltre agli apparati di rìfasazione, trasformatori dì tensione anche una centrale il controllo dei sistemi ORC per le fasi di avviamento, marcia e spegnimento, che una centrale di distribuzione dell'energia elettrica generata dal sistema ORC ripartendola tra motori elettrici di propulsione che tra i più svariati carichi elettrici. Nel caso di utilizzo di motori elettrici per la propulsione, essi sono dotati di sistemi di raffreddamento e di dispositivi statici o dinamici atti alla regolazione del numero di giri che ne consentano una regolazione accurata nell'intera gamma di velocità, sia in marcia avanti che addietro. E' inoltre possibile prevedere sistemi di accoppiamento/disaccoppiamento tra motori elettrici e gli assi dell'apparato propulsivo.

Breve descrizione delle figure

A continuazione di quanto è stato precedentemente descritto sono riportati due possibili schemi esemplificativi e non limitativi illustranti ulteriori aspetti e modalità dell'invenzione. Appare evidente che ulteriori variazioni, modificazioni e differenti modalità applicative del presente sistema possano essere implementate da persone esperte dello stato dell'arte senza uscire dallo spirito del sistema inventivo o dalle rivendicazioni in merito. La figura 1 illustra uno schema a blocchi concettuale in cui sono evidenziate le principali fasi e sezioni presenti nel sistema inventivo. La figura 2 mostra uno schema tipico e semplificato del sistema .

Descrizione dettagliata del sistema inventivo

Nello schema a blocchi di figura 1 è riportata la sezione relativa all'apparato motore e agli ausiliari di bordo generanti calore [1]. Tale sezione può comprendere, ad esempio, uno più motori a combustione interna e/o una o più turbine a gas connesse agli assi di propulsione del mezzo navale [3] grazie ad appropriati sistemi di accoppiamento/disaccoppiamento [2], Alternativamente a quanto illustrato, i predetti motori ad endocombustione e/o le turbine a gas possono fornire esclusivamente energia meccanica ad alternatori col fine di produrre energia per la propulsione tramite motori elettrici. La sezione dell'apparato motore e degli ausiliari può includere una o più caldaie e/o motori diesel ausiliari necessari per il funzionamento mezzo navale o per il riscaldamento di fluidi e merci o infine una combinazione qualunque di apparati di bordo generanti energia termica e/o meccanica. La sopraccitata sezione include quindi, sia sorgenti aventi capacità energetica e livello termico più elevato, sia sorgenti di calore aventi un livello termico più basso ma ugualmente sfruttabili per mezzo del presente sistema inventivo. I cascami termici sono forniti per via indiretta alla sezione di generazione di energia [5], utilizzando un appropriato mezzo termovettore organico o inorganico fluente in uno o più circuiti di trasporto primario [4]. La sezione di generazione di energia può contenere uno o più cicli dotati dì uno o più fluidi di lavoro. Il fluido, dopo aver ceduto calore alla sorgente fredda del generatore, è ricircolato alla sorgente calda. Può risultare conveniente disporre di uno o più circuiti di trasporto calore secondario indicati genericamente nel blocco [6] nel caso di simultaneo prelievo da fonti a livello termico elevato insieme a prelievo da sorgenti a temperatura più bassa. Tra le possibili sorgenti livello entalpico inferiore si possono riportare i sopramenzionati circuiti di lubrificazione e di raffreddamento dei motori a combustione interna o delle turbine a gas, i quali possono cedere, in toto o in parte, l'energìa termica al fluido di lavoro del ciclo Rankine, grazie a scambiatori di calore predisposti in serie o parallelo in tali circuiti. In questo caso il sistema di trasporto calore secondario dalle sorgenti calde a quelle fredde del ciclo di organico può non necessitare di un circuito indipendente ma essere integrato con i predetti sistemi di lubrificazione e raffreddamento motori. La sezione [7] include gli apparati dì refrigerazione di bordo e comunica direttamente con 1'ambiente esterno, da cui preleva il fluido di raffreddamento atto a dissipare il calore di reiezione. A tale sezione sono interconnesse le sezioni dell'apparato motore e ausiliari, il blocco per generazione ORC, le unità di trasporto calore. Il turboespansore , presente nella sezione operante il ciclo organico, può essere collegato ad un generatore elettrico [8J. L'energia elettrica eventualmente prodotta dal ciclo, previamente trasformata [9] alla tensione opportuna ed eventualmente rifasata, è inviata per mezzo della centrale elettrica di interconnessione e controllo [10] del sistema di generazione alla rete elettrica della nave. Dalla rete è prelevata'energia elettrica immessa, in toto o in parte, con il fine di azionare uno o più motori elettrici [11] accoppiati all'asse di propulsione. Alternativamente l'energia generata può essere collegata direttamente, previa trasformazione alla tensione appropriata, al sistema di propulsione elettrico. In entrambi i casi è comunque sempre presente un sistema di regolazione del numero di giri del motore elettrico [12]. Alternativamente a quanto descritto nello schema a blocchi indicato, l'energia meccanica prodotta dal turbogeneratore del ciclo Rankìne può essere utilizzata senza la trasformazione in energia elettrica, connettendo l'albero della turbina di espansione per mezzo di sistemi servomeccanici per 1'accoppiamento/disaccoppiamento con l'asse di propulsione ed altresì alla regolazione del numero dì giri. In particolari applicazioni del sistema lo schema precedentemente indicato può essere limitato solo al circuito di trasporto calore primario, senza includere il circuito secondario di prelievo da sorgenti a temperatura più bassa, oppure utilizzare esclusivamente sorgenti a livello termico più basso senza adottare un circuito di estrazione da sorgenti con livello di temperatura maggiore.

Lo schema semplificato di figura 2 illustra una generica possibile applicazione del sistema inventivo. La corrente di combustibile [1] e l^aria comburente [2] alimentano il sistema di propulsione [3], il quale può includere, o meno, ulteriori apparati ausiliari generanti energia. Dal sistema di propulsione/ausiliari escono una corrente, o più correnti, di fumi esausti ad alta temperatura. Gli esausti cedono calore sensibile, alla corrente del circuito di trasporto calore, per mezzo di uno o più scambiatori/calderine [4]. La calderina può essere composta, ad esempio, da singoli tubi a spirale, oppure da fascio tubiero estraibile con piastra flottante, al fine di compensare la dilatazione dei tubi rispetto al mantello dello scambiatore. L'estraibilità del fascio consente un'agevole scovolatura del lato mantello e dei tubi. All' interno dei tubi deve essere assicurata una velocità del fluido termovettore relativamente alta (superiore 0,6 m/s e preferìbilmente maggiore di 1 m/s}, in modo da evitare il ristagno dello stesso, e surriscaldamenti localizzati, 1 quali nel caso di utilizzo di fluido organico potrebbero alterarne le proprietà, causandone la riduzione del periodo di vita. La temperatura dei fumi di combustione può, qualora necessario, essere controllata per mezzo di turbosoffianti/turboaspiranti atte a miscelare la corrente ad elevata temperatura con aria o esausti o loro miscele a temperatura inferiore. 11 sistema primario dì trasporto calore è composto preferibilmente da almeno due pompe [5], di cui almeno una in stand-by, mentre la seconda garantisce la circolazione del fluido e provvede al trasferimento di calore dalla sorgente al circuito del turbogeneratore ORC. Il circuito è dotato dì vaso di espansione [6] per il fluido termovettore e di uno o più serbatoi di alimentazione [1] del fluido. In una possibile variante dello schema il circuito del fluido termovettore può essere conveniente integrato con una o più caldaie ausiliarie, allo scopo di migliorare la flessibilità e l'efficienza del sistema. Sul circuito di trasporto calore può essere utilmente installata una valvola a tre vie [8] per deviare il fluido termovettore ad un circuito di smaltimento calore [9] nelle fasi di messa in marcia, spegnimento del sistema dì generazione e/o dell'apparato motore e degli ausiliari di bordo. Durante tali operazioni la corrente precedentemente raffreddata è immessa nel circuito primario dì trasporto calore, by-passando il sistema OCR. Una volta terminate tali operazioni, la predetta valvola a tre vie è ricommutata in modo da alimentare lo scambiatore di calore [10] del circuito operante il ciclo Rankine. Il sistema di smaltimento dì calore precedentemente menzionato è preferibilmente integrato con il sistema di raffreddamento del mezzo navale, ed utilizza fluidi refrigeranti provenienti dall'ambiente esterno quali l'acqua o l'aria [11], i quali una volta riscaldati vengono rilasciati al di fuori del mezzo navale [12].Il fluido termovettore circolante dalle sorgenti a più elevata temperatura cede calore sensibile al fluido di lavoro del ciclo organico, con il fine di vaporizzarlo. Il fluido di lavoro è alimentato al turboespansore durante la normale marcia di impianto per mezzo della linea [13] quando la linea di by-pass [14] è intercettata. La linea di by-pass può essere aperta, totalmente o parzialmente nelle operazioni di messa in marcia o di arresto del sistema. A monte dell'apparato di turbo espansione è preferibilmente presente un dispositivo atto all'inibizione del trascinamento di fasi liquide alle palette dell'espansore. Il vapore del fluido organico mette in funzione il turboespansore [15], il quale può essere accoppiato direttamente al generatore elettrico [16] attraverso un giunto elastico generando energia elettrica, oppure essere collegato all'asse di propulsione del mezzo navale tramite un conveniente sistema di accopp lamento /disaccoppiamento . Il vapore scaricato dal tuboespansore scorre attraverso il rigeneratore [17], dove preriscalda il fluido organico cedendo calore sensibile e migliorando in tal modo l'efficienza del ciclo. L'utilizzo di un rigeneratore permette sia una diminuzione del calore ceduto nella condensazione, sia una diminuzione del calore introdotto nel ciclo durante la fase di riscaldamento del liquido, dal momento che tale fluido di lavoro è fatto evaporare a partire da una temperatura più alta rispetto a quella di uscita dal condensatore . 11 vapore è poi avviato nel condensatore [18] ove è raffreddato e liquefatto dal passaggio del fluido di refrigerazione proveniente dal circuito smaltimento calore. Il fluido organico liquefatto è poi alimentato, tramite un sistema di pompaggio [19], al rigeneratore e di seguito all'evaporatore, chiudendo così il ciclo. A monte del sistema di pompaggio è preferibilmente presente un apparato atto ad impedire il passaggio di vapore alle pompe . In una variante del sistema inventivo, il condensatore del fluido organico non è raffreddato direttamente dal sistema di refrigerazione del mezzo navale, ma cede calore ad un secondo ciclo organico, il quale genera una quota ulteriore di energia e cede calore al sistema di smaltimento calore collegato con l'ambiente esterno. Gli esausti dì combustione, dopo aver ceduto calore al sistema di trasporto calore primario sono avviati allo scarico [20], utilizzando, se necessario, un'idonea turbosoffiante/turboaspirante. In una variante del sistema, gli esausti possono scambiare ulteriormente calore rispetto a quanto ceduto al sistema ORC, in uno o più scambiatori/economizzatori , al fine di riscaldare opportune correnti aumentando l'efficienza energetica. Nel caso sì raggiungano temperature dei gas tali da consentire la formazione dì condense acide è necessario l'utilizzo di materiali pregiati nelle condotte discarico e nei calderine di recupero. Il generatore elettrico è connesso ad un trasformatore [21], il quale è a sua volta allacciato alla rete elettrica del mezzo navale e alla centrale di connessione e controllo degli apparati elettrici [22] di bordo. Il motore elettrico [25] di propulsione è quindi collegato alla rete elettrica per mezzo di un trasformatore [23] e include un sistema di regolazione del numero di giri [24]. Infine il motore elettrico è abbinato all'asse propulsivo grazie ad un appropriato dispositivo di accoppiamento/disaccoppiamento [26].

Esempio 1:

Un apparato propulsivo navale comprende una turbina a gas caratterizzava, in condizioni normalizzate ISO (temperatura bulbo secco pari 15<a>C, 60% umidità relativa, pressione 1013 mbar), dai seguenti parametri:

Portata fumi [kg/s] 67,8 Temperatura gas scarico [°C] 530 Portata gas naturale [kg/h] 5000 Potere calorif. Infer. gas naturale [kj/kg] 44196 Potenza termica ingresso [kW] 61432,4 Potenza elettrica [kW] 22080 Efficienza elettrica [%] 36 I fumi allo scarico di tale unità entrano una caldierina ove cedono 17.7 MW termici ad un fluido termovettore raffreddandosi fino a circa 300°C. Il fluido (1370 t/h} acquista calore sensibile riscaldandosi da 250°C a 270°C ed è avviato ad uno scambiatore, ove cede calore ad una corrente liquida di isopentano a 150°C in pressione, elevandone la temperatura fino a 240°C e facendolo vaporizzare per essere utilizzato in un sistema di produzione di energia utilizzante un ciclo organico Rankine. Il fluido termovettore raffreddatosi fino a circa 250°C è rilanciato, tramite sisterna di pompaggio, alla calderina dei fumi. I vapori di isopentano prodotti (147 t/h) sono espansi (rapporto di espansione circa 10,6} in una turbina ad elevat efficienza isoentropica (83%), producendo circa 4100 kW all'albero. Il vapore espanso entra a 186°C in uno scambiatore-rigeneratore, ove preriscalda la corrente lìquido del fluido di lavoro fino a 150°C, raffreddandosi fino 85°C. La corrente di vapore entra in un condensatore, ove cede calore latente al circuito di refrigerazione del mezzo navale, condensandosi e raffreddandosi fino a 40°C. Al fine di innalzare l'efficienza del ciclo il fluido organico passa in uno scambiatore ove riceve una quota ulteriore calore (3,4 MW} a bassa entalpia (86°C) proveniente dal sistema di raffreddamento del mezzo navale, dalle camicie e dalla lubrificazione dei diesel alternatori di bordo e aumentando la sua temperatura fino a 70°C, mentre il fluido di refrigerazione si raffredda fino a 80°C. Il ciclo Rankine si chiude grazie al rilancio del fluido organico, tramite il sistema di pompaggio, allo scambiatore-rigeneratore precedentemente menzionato. L'albero della turbina di espansione fluido organico è accoppiato ad un generatore elettrico attraverso un giunto elastico. L'aì laceramento al quadro di media tensione del mezzo navale, avviene previa trasformazione a 6,6 kV. Sono prodotti 3990 kWe (efficienza dell'alternatore pari a 0.974, avendo trascurato perdite di calore per irraggiamento dal sistema). Una quota della potenza elettrica disponibile è utilizzata per i carichi elettrici del ciclo Ranking e del circuito di trasporto calore dai fumi della turbina a gas {280 kWe circa). La rimanente quota è disponibile per i servizi di bordo o la propulsione navale nel caso di sistemi CODLAG (COmbined Diesel-eLectric And Gas) o CODAG utilizzanti trasformatori elettrici di propulsione e motori elettrici sincroni dotati di azionatori statici a frequenza variabile per la regolazione del numero di giri. Infine i fumi del turbogas a 300°, prima di essere inviati alla turboaspirante della condotta di scarico, possono cedere un'ulteriore quota dì calore (8.5 MW) a fluidi di servizio, raffreddandosi fino a 180°C, al fine di innalzare ulteriormente l'efficienza termica del mezzo navale.

Esempio 2:

Gli esausti di combustione 400°C (45,4 kg/s) passano in una caldierina ove cedono 7,1 MW termici ad un fluido termovettore raffreddandosi fino a circa 26Q°C. Il fluido circolante (231 t/h) passa da 200°C 250°C ed è immesso in uno scambiatore evaporatore appartenente ad un ciclo Rankine, ove cede calore ad una corrente liquida in pressione di octametilciclotetrasilossano a 132°C, facendolo vaporizzare ed elevandone la temperatura fino a 240 °C. Il fluido termovettore, raffreddatosi fino a circa 200 °C, è rilanciato tramite sistema di pompaggio, alla calderina dei furai. I vapori del fluido organico prodotti (131 t/h) sono espansi da 20 atm fino a 0.6 atm in un turboespansore a cuscinetti magnetici con efficienza isoentropica pari a 80%, producendo circa 1220 kW all'albero. Il vapore espanso entra a 148°C in uno scambiatore-rigeneratore, ove preriscalda la corrente liquida del fluido di lavoro fino a 132°C, raffreddandosi fino 100°C. La corrente dì vapore entra in uno scambiatore ove si condensa e raffreddandosi fino a 89°C, Il calore di transizione di fase (6 MW ca) è ceduto nel condensatore ad un circuito di refrigerazione ad acqua, la quale sì riscalda 40 °C fino ad 80°C e può essere utilizzata per i servizi di bordo. Il ciclo Rankine si chiude grazie al rilancio del fluido organico, tramite il sistema di pompaggio, allo scambiatore-rigeneratore precedentemente menzionato. Una quota dell'energia prodotta è utilizzata per i carichi elettrici del ciclo Ranking e del circuito di trasporto calore dai fumi della turbina a gas {130 kWe}. La rimanente quota è disponibile per i servizi di bordo o la propulsione navale tramite motori elettrici sincroni con azionamento LCI (Load commutaded inverter) ,

Claims

Rivendicazioni 1. Un procedimento per la generazione di energia a bordo di unità navali utilizzante sorgenti di calore liquide e/o gassose con temperature comprese tra 50 e 800°C provenienti dall'apparato motore e/o dagli ausiliari di bordo comprendente i seguenti stadi: a) scambio termico con uno o più sottosistemi generanti energia tramite cicli termodinamici ove circolano fluidi organici Rankine (ORC), essendo detto scambio indiretto con dette sorgenti gassose oppure diretto/indiretto con dette sorgenti liquide; b) conseguente vaporizzazione in un vaporizzatore/i del fluido organico circolante in detti sottosistemi ORC, sua espansione in un turboespansore/i; c) scambio termico, in un ricuperatore/i, tra il fluido organico vaporizzato ed espanso e il medesimo fluido organico liquefatto in un condensatore/i posto a valle di detto turboespansore e di detto ricuperatore; e) incremento al valore prescelto della pressione del condensato organico uscente da detto condensatore/i tramite uno o più sottosisterni di pompaggio e chiusura del ciclo termodinamico; d) dissipazione del calore di condensazione del fluido organico circolante in detti sistemi ORC tramite sorgenti fredde poste entrobordo e/o fuoribordo; f) conversione dell'energia meccanica prodotta dal turboespansore/i dei sistemi ORC in energia elettrica per mezzo di un generatore/i elettrico/i.
2. Un sistema per la generazione di energia a bordo di unità navali utilizzante sorgenti di calore liquide e/o gassose tra temperature comprese tra 50 e 800°C provenienti dall'apparato motore e/o dagli ausiliari di bordo comprendente: uno o più apparati di trasporto calore al sottosistema/i ORC da sorgenti calde poste entrobordo; - uno o più sottosistemi ove circolano fluidi organici atti a generare energia tramite cicli termodinamici Rankine (ORC), uno o più apparati di trasporto calore dal sottosistema/i ORC a sorgenti fredde poste entrobordo e/o fuoribordo; uno o più apparati atti all'inibizione del trascinamento di fasi liquide alle palette dei turboespansori e/o all'inibizione di fasi vapore ai dispositivi di pompaggio del circuito del fluido organico nei sottosistemi ORC; -una o più dispositivi per monitoraggio/regolazione dei parametri operativi delle sezioni ORC, delle sezioni di trasporto del calore dalle sorgenti calde al ciclo organico e da quest'ultimo a sorgenti fredde interne e/o esterne all'unità navale uno o più generatori elettrici dotati dispositivi accoppiamento con il turboespansore/i ORC; - uno o più apparati di interconnessione, trasformazione, regolazione e/o rifasazione dell'energia elettrica prodotta dal sistema; una o più sezioni di controllo per la ripartizione dell'energìa elettrica prodotta tra i carichi elettrici dell'unità navale.
3. Sistema come da rivendicazione 2 in cui sono presenti: uno o più motori elettrici per la propulsione dell'unità navale utilizzanti quote dell'energia prodotta dal sistema ORC; uno o più regolatori statici del numero di giri dell'apparato propulsivo elettrico.
4. Sistema come da rivendicazione 2 in cui il turboespansore/i del sottosistema/i ORC usa cuscinetti magnetici attivi al fine dì minimizzare la manutenzione ed eliminare l'usura delle parti meccaniche.
5. Sistema come da rivendicazione 2 in cui il sottosistema/i ORC scambia ulteriori quote dì calore, per mezzo di uno o più scambiatori supplementari, con sorgenti termiche entrobordo al fine di innalzare l'efficienza termica del ciclo e/o dell'unità navale.
6. Sistema come da rivendicazione 2 in cui il circuito/i di trasporto calore dalle sorgenti calde utilizzi uno scambiatore/i di calore a fascio tubiero estraibile al fine di agevolare le operazioni di scovolatura e con testa flottante per compensare le dilatazioni dei tubi.
7 . Sistema come da rivendicazione 2 la cui la temperatura delle sorgenti calde, quando costituite da gas di combustione, è controllata per mezzo di una o più turbosof fianti /turboaspiranti atte a miscelare la corrente ad elevata temperatura con aria o esausti o loro miscele a temperatura inferiore.