Reivindicaciones
1. 5 2. 10 3. 15 4. 20 5. 25 6. 30 7. REIVINDICACIONES 8. 1. Proceso cíclico termodinámico sin condensación del fluido y con prescripciones acotadas sobre sus puntos de mínima y máxima entalpia, donde el ciclo trabaja entre una isóbara de menor presión, o isóbara baja, que está a P0, y una isóbara alta, o de mayor presión, P1, existiendo: 9. - una fase de compresión, en la que un compresor (11) aspira el fluido en su punto de menor entalpía específica de todo el ciclo, a presión P0 y temperatura T0, y lo eleva de presión a lo largo de una evolución isentrópica, hasta P1, saliendo del compresor (11) con una temperatura Tc; 10. - siguiendo una fase de calentamiento; 11. caracterizado por que la presión P0 es superior a la presión crítica del fluido de trabajo, y la temperatura T0 es inferior a la temperatura crítica de dicho fluido, y porque en dicha fase de calentamiento concurren tres tipos simultáneos de fuentes de calor, que son: 12. - el propio fluido, en otra fase del ciclo, en la que está más caliente que el propio fluido a su salida del compresor (11), 13. - un foco caliente (17), fuente principal de aportación del calor al fluido de trabajo, con la que el fluido se calienta hasta la temperatura máxima que alcanza el fluido de trabajo TM, 14. - un foco térmico auxiliar (14), que precalienta el fluido de trabajo sin llegar hasta la temperatura TM, en ningún caso; 15. existiendo además: 16. - una fase de expansión, desde el punto de máxima entalpía específica del ciclo, en el cual el fluido de trabajo está a presión P1 y temperatura TM, evolucionando isentrópicamente hasta la presión P0, saliendo de la turbina (1) o máquina expansora donde se realiza esta fase con una temperatura Tt; 17. - siguiendo una fase de enfriamiento en la cual concurren dos tipos de acciones refrigeradoras, que son: 18. o el propio fluido, en otra fase del ciclo en la que está más frío que el propio fluido a su salida de la turbina (1), 19. o el sumidero exterior de refrigeración, que enfría el fluido hasta T0. 20. 2. Proceso cíclico termodinámico sin condensación del fluido y con prescripciones acotadas sobre sus puntos de mínima y máxima entalpía, según lo establecido en la reivindicación 1, 21. caracterizado por que las prescripciones son: 22. 5 23. 10 24. 15 25. 20 26. 25 27. 30 28. la presión de la isóbara baja, que es la presión del punto de mínima entalpia, P0, presenta un valor máximo del denominado factor logarítmico de dilatación isóbara menor que 20, dándose este valor en el corte de la isóbara con la línea de discontinuidad secundaria que presentan los fluidos por encima del punto crítico; el cociente entre las temperaturas máxima y mínima del fluido, TM/T0, ha de ser mayor que la razón de compresión r, correspondiente al cociente P1/P0, elevada a la suma de los exponentes térmicos en las evoluciones isentrópicas de compresión y expansión; el valor de la presión de la isóbara baja, P0, que ha de ser superior a la presión crítica, se escoge de tal modo que el punto en que corta a la isoterma T0, que es la de mínima temperatura que alcanza el fluido de trabajo, tenga un valor del denominado factor logarítmico de dilatación isóbara menor que 6; siendo 1 el valor de referencia especificado por esta invención; 29. el valor del denominado factor logarítmico de dilatación isóbara, promediado a lo largo de la isentrópica de compresión, no excede de 3; siendo 0,5 el valor de referencia especificado por esta invención; 30. el valor del denominado factor logarítmico de dilatación isóbara, promediado a lo largo de la línea isoterma de temperatura igual a la temperatura de salida de la turbina, desde la presión de baja P0 a la presión de alta P1, no excede de 2,5; siendo 0,5 el valor de referencia especificado por esta invención; 31. y la presión de alta P1 se prescribe porque el cociente entre dicha presión de alta P1 y la presión de baja P0, llamado relación de compresión, r, cumple la relación de cierre del ciclo 32. ■^o 33. 1 — gt — m 34. donde gt es el exponente de la variación de la temperatura, respecto de la presión, en la isentrópica de expansión; m es el valor absoluto del exponente de la variación del volumen específico, respecto de la presión, en la isentrópica de compresión; y A0 y A1 son respectivamente, para las isóbaras baja y alta, el valor del incremento de entropía multiplicado por el promedio a lo largo de la isóbara, del cociente entre el factor logarítmico de dilatación isóbara, más 1, y el calor específico a presión constante. 35. 5 36. 10 37. 15 38. 20 39. 25 40. 30 41. 3. Proceso cíclico termodinámico sin condensación del fluido y con prescripciones acotadas sobre sus puntos de mínima y máxima entalpia, según reivindicación primera o segunda, caracterizado por que las fases de calentamiento que tienen lugar con: 42. o el propio fluido de trabajo, en otra fase del ciclo, en la que está más caliente, o un foco térmico auxiliar (14), que precalienta el fluido de trabajo pero sin llegar hasta la temperatura TM, en ningún caso, 43. se realizan en un intercambiador regenerativo (4) al que se le añade un flujo auxiliar, no regenerativo, de calentamiento del fluido de trabajo a alta presión, actuando este flujo auxiliar siempre en contracorriente (15) respecto el circuito (13) del fluido de trabajo a alta presión. 44. 4. Proceso cíclico termodinámico sin condensación del fluido y con prescripciones acotadas sobre sus puntos de mínima y máxima entalpía, según reivindicación tercera, caracterizado por que el intercambiador regenerativo (4) trabaja en un modo continuo, añadiendo un tercer flujo de calentamiento, procedente de una fuente auxiliar (14), que o bien aporte el calor (23) al fluido de baja presión, que por otra superficie de contacto aporte el calor (22) al fluido de alta presión; o bien aporta el calor (22b, 24) directamente al fluido de alta presión, por una superficie de contacto distinta de la que separa los dos flujos del mismo fluido. 45. 5. Proceso cíclico termodinámico sin condensación del fluido y con prescripciones acotadas sobre sus puntos de mínima y máxima entalpía según reivindicación tercera, caracterizado por que el intercambiador regenerativo (4) trabaja en un modo discreto, seccionando dicho intercambiador regenerativo (4) en, al menos, dos partes, introduciendo entre dichas dos partes consecutivas un intercambiador auxiliar a contracorriente en el que el fluido de baja presión no interviene, y el fluido de alta presión se calienta, a partir de otro fluido auxiliar que recibe el calor de una fuente auxiliar (14) de menor temperatura que la que lleva al fluido de trabajo hasta su estado de máxima entalpía. 46. 6. Dispositivo para la realización de un proceso cíclico termodinámico sin condensación del fluido y con prescripciones acotadas sobre sus puntos de mínima y máxima entalpía, según cualquiera de las reivindicaciones primera a quinta, caracterizado por que dicho dispositivo sobre el que se realiza el ciclo termodinámico comprende: 47. 5 48. 10 49. 15 50. 20 51. 25 52. 30 53. - un intercambiador de calor regenerativo (4), que integra al menos un circuito de alta presión (13) y un circuito de baja presión (3); 54. - una turbina de gas (1), cuyo escape (2) se conecta con la entrada del circuito de baja presión (3) del intercambiador regenerativo (4); 55. - un sumidero de calor (7) conectado a la salida (5) del circuito de baja presión (3) del intercambiador regenerativo (4), estando dicho sumidero de calor (7) refrigerado, contando con una entrada (9) y una salida (10) de refrigerante exterior; 56. - un compresor (11), cuya entrada está conectada a la salida (8) del fluido de trabajo del sumidero de calor (7), y cuya salida de compresor está conectada a la entrada del circuito de alta presión (13) del intercambiador de calor regenerativo (4); 57. - un foco caliente (17), cuya entrada está conectada a la salida (16) del circuito de alta presión (13) del intercambiador de calor regenerativo (4), y cuya salida (18) está conectada a la turbina de gas (1). 58. 7. Dispositivo para la realización de un proceso cíclico termodinámico sin condensación del fluido y con prescripciones acotadas sobre sus puntos de mínima y máxima entalpia, según la reivindicación sexta, caracterizado por que el intercambiador de calor regenerativo (4), dispone de un foco calorífico auxiliar (14) que alimenta dicho intercambiador (4) mediante un circuito a contracorriente (15), y se denomina m’x al gasto másico del flujo auxiliar, cuya temperatura se denota por Tx y tiene un calor específico a presión constante Cpx, y m’ al gasto másico del fluido de trabajo del Brayton, y Cp1 y Cp0 a los calores específicos a presión constante en las isóbaras de alta y baja, el gasto m’x es 59. mv = m 60. -p i 61. -p o 62. px 63. 8. Dispositivo para la realización de un proceso cíclico termodinámico sin condensación del fluido y con prescripciones acotadas sobre sus puntos de mínima y máxima entalpía, según cualquiera de las reivindicaciones sexta o séptima, caracterizado por que, en el intercambiador de calor regenerativo (4): 64. o se produce una transferencia de calor (23) desde un fluido auxiliar procedente de un foco (14), que circula por una sección (21) del intercambiador (4), al fluido de baja 65. presión (3) que circula por otra sección (20); 66. 31 67. 5 68. 10 69. 15 70. 20 71. 25 72. 30 73. o se produce una transferencia de calor (22) desde el fluido del circuito de baja presión (3) que circula por dicha sección (20), al fluido del circuito de alta presión (13) que circula por otra sección (19) del intercambiador (4) 74. y se da la jerarquía térmica Tx>T0>T1 entre las temperaturas del flujo auxiliar, Tx, del flujo de baja presión T0 y de alta presión T1, dependiendo la relación entre ellas de los valores del Número de Unidades de Transmisión, N, de cada interfaz de transmisión de calor, entre el flujo auxiliar y el de baja presión, Nx0 y entre éste y el de alta N01, teniendo cada N en el numerador el coeficiente global de transmisión de calor multiplicado por el área de trasmisión, y el denominador es el menor de los productos, de los dos fluidos involucrados, del gasto másico por el calor específico a presión constante, y se cumple la relación 75. Tt = 76. N, 77. xO 78. Nx0 + N, 79. ■Vx-TÚ 80. 01 81. que prescribe el valor requerido de Tx según se dimensionen los números de unidades de transmisión en las interfaces, siendo las tres líneas de las temperaturas paralelas entre sí. 82. 9. Dispositivo para la realización de un proceso cíclico termodinámico sin condensación del fluido y con prescripciones acotadas sobre sus puntos de mínima y máxima entalpía, según cualquiera de las reivindicaciones sexta o séptima, y octava, caracterizado por que, en el intercambiador de calor regenerativo (4): 83. o se produce una transferencia de calor (24) desde un fluido auxiliar procedente de un foco (14), que circula por una sección (21) del intercambiador (4), al fluido de alta presión (13) que circula por otra sección (19b); 84. o se produce una transferencia de calor (22b) desde el fluido del circuito de baja presión (3) que circula por una sección (20b) del intercambiador (4), al fluido del circuito de alta presión (13) que circula por otra sección (19b) del intercambiador (4), 85. y el intercambiador en su conjunto funciona de modo equilibrado, con evoluciones paralelas en las tres temperaturas, que cumplen 86. To-T^ (T0 - Tx) 87. Nxi 88. Nxi ~ N0Í 89. siendo Nx1 el número de unidades de transmisión entre el fluido auxiliar, cuya temperatura es Tx, y el fluido de alta presión, de temperatura T1, y siendo N01 el número de unidades de transmisión entre el fluido de baja presión, cuya temperatura es T0, y el fluido de alta 90. presión; y cuando Nxl = N01, la solución es T0 = Tx, o viceversa. 91. 32
