MX2008012580A - Metodo, dispositivo y sistema para convertir energia. - Google Patents

Abstract

Para convertir energía, primer un medio acarreador no gaseoso se convierte en un medio acarreador gaseoso mediante la introducción de energía térmica, para que el medio acarreador gaseoso eleve y gane energía potencial. Luego el medio acarreador gaseoso es convertido de nuevo a una altura especificada en un medio acarreador no gaseoso. La energía potencial del medio acarreador no gaseoso recuperado puede ser convertida después en otra forma de energía deseada.

Description

MÉTODO. DISPOSITIVO Y SISTEMA PARA CONVERTIR ENERGÍA La invención se relaciona con un método, un dispositivo y un sistema para convertir energía.

Un ejemplo de un dispositivo para convertir energía es una planta de energía de chimenea solar. Para una planta de energía de chimenea solar, el aire se calienta por el sol y es enviado a una chimenea en la que éste se eleva. Una turbina que dispuesta en la chimenea puede generar energía eléctrica del aire que fluye.

La invención se basa en la consideración de que estos dispositivos y los dispositivos similares convierten energía, la energía presente no se utiliza óptimamente.

La invención proporciona un método alterno o adicional para convertir energía térmica existente que permite la conversión para ser desarrollada más eficientemente que en el caso en estos dispositivos conocidos.

Se propone un método para convertir energía que comprende las siguientes etapas: a) conversión de un medio portador no gaseoso en un medio portador gaseoso mediante la introducción de energía térmica de tal manera que el medio portador gaseoso se eleva y gana energía potencial; b) retroconversión del medio portador gaseoso a una altura específica dentro de un medio portador no gaseoso; y c) conversión de la energía potencial del medio portador no gaseoso recuperado en otra forma de energía.

Adicionalmente, se propone un dispositivo para la conversión de energía. El dispositivo comprende una cavidad. El dispositivo comprende adicionalmente un cambiador de estado de agregación dispuesto en el extremo inferior de la cavidad y configurado para convertir medio portador no gaseoso en un medio portador gaseoso por la introducción de energía térmica de tal manera que el medio portador surge en la cavidad y gana energía potencial. El dispositivo comprende adicionalmente un recolector dispuesto en el extremo superior de la cavidad y configurado para recolectar medio portador no gaseoso recuperado del medio portador gaseoso. El dispositivo comprende adicionalmente una disposición de conversión de energía configurado para convertir la energía potencial del medio portador no gaseoso recuperado en otra forma de energía.

Finalmente, se propone un sistema que comprende tal un dispositivo y también un dispositivo configurado para recuperar energía térmica que se hace disponible para el cambiador de estado de agregación.

Se propone así que la energía térmica presente se utilice para ganar energía potencial que luego se puede convertir de nuevo en la forma de energía deseada. La energía potencial se recupera en que un medio portador no gaseoso, es decir sólido líquido, se cambia en un estado de agregación gaseoso y surge como un resultado. El medio portador retroconvertido en un estado de agregación, con energía potencial introducida está luego disponible para la recuperación de energía.

Es una ventaja de la invención que ésta permita la conversión de energía eficiente de energía térmica existente a una forma de energía deseada. Ésta también se puede implementar con dimensiones de construcción relativamente pequeñas.

Una selección adecuada de la energía térmica introducida, la invención se puede implementar adicionalmente de tal manera que está totalmente libre de emisiones. En general, sin embargo, se puede utilizar cualquier fuente de energía para obtener la energía térmica requerida. La energía térmica introducida se puede recuperar del calor geotérmico, agua caliente, aire caliente, portador de energía fósil, portador de energía nuclear y/o energía solar.

La energía térmica se puede introducir exclusivamente en el punto de salida del medio portador que surge, de acuerdo con el dispositivo exclusivamente por vía del cambiador de estado de agregación. En un enfoque alterno la energía térmica también se puede introducir en el medio portador distribuido sobre la altura por la que viaja el medio portador del gas.

Para esto, el dispositivo puede tener un elemento de introducción de energía correspondiente. Tal un elemento de introducción de energía puede contener en sí mismo un elemento de recuperación de energía o se puede suministrar con la energía a partir de un elemento de recuperación de energía.

La introducción de la energía térmica distribuida sobre la altura tiene la ventaja de que en total se debe suministrar menos energía térmica externa. Así, en la altura seleccionada o continuamente junto con la altura de una cavidad, se puede introducir suficiente energía exactamente para que el medio portador permanezca en el estado gaseoso hasta que éste alcance la altura específica.

Adicionalmente, la invención se puede implementar sustancialmente de forma más compacta y económica sí, por ejemplo, los recolectores solares, utilizados como elementos de recuperación e introducción de energía, se aplica directamente sobre la cubierta de una cavidad en la que surge el medio portador gaseoso, o aún forman esta cubierta en todo o en parte.

El elemento de introducción de energía puede rodear completamente una cavidad en la que surge el medio portador, o por ejemplo en el caso de que los recolectores solares puedan estar dispuestos solo en el lado que enfrenta el sol. Adicionalmente, el elemento se puede extender sobre la altura completa de la cavidad o estar dispuestos solos en una sección de altura seleccionada o en varias secciones de altura seleccionadas.

En una modalidad, la retroconversión del medio portador gaseoso en un medio portador no gaseoso puede tener lugar al enfriar el medio portador gaseoso. El enfriamiento puede tener lugar por medio de una unidad de enfriamiento.

El enfriamiento puede tener lugar, por ejemplo, si un medio de transporte se guía a través de áreas de enfriamiento, por ejemplo de una unidad enfriamiento, dispuesta a la altura especificada. Las áreas de enfriamiento se pueden formar por mangueras u otros conductos. Las áreas de enfriamiento se pueden formar uy disponer de tal manera al mismo tiempo que ellas se pueden utilizar para desviar el medio portador no gaseoso recuperado en un punto de recolección suministrado.

Si el enfriamiento tiene lugar por vía de un medio de transporte, un calentamiento del medio de trasporte que resulta del enfriamiento del medio portador se puede utilizar para hacer una contribución para la energía térmica introducida. De acuerdo con el dispositivo, se puede proporcionar para esto un conducto de recuperación de calor, que suministra el medio de transporte caliente al cambiador de estado de agregación dispuesto en el extremo inferior de la cavidad. Tal una modalidad tiene la ventaja de que es particularmente eficiente ya que durante la operación solo la energía pérdida, que incluye la energía útil consumida, necesita ser introducida desde el exterior.

En una modalidad adicional o alterna, para soportar la retroconversión también se puede introducir directamente una sustancia dentro del medio portador gaseoso, por ejemplo a través de un recolector diseñado para éste fin. La introducción puede tener lugar por rociado o aspersión. Después que la sustancia ha extraído el calor del medio portador y por lo tanto soportada la condensación, la sustancia y el medio portador se pueden separar de nuevo para uso adicional. Esto puede, por ejemplo, tener lugar en una forma simple si el medio portador es agua o la sustancia es aceite. En cambio, sin embargo, también el medio portador ya recuperado se puede rociar o esparcir dentro del medio portador gaseoso que surge antes que este sea suministrado por la conversión de energía de la energía potencial contenida. La superficie de colisión alargada resultante para el surgimiento, el medio portador aún gaseoso también soporta la retroconversion. Aquí, se debe asegurar solamente que el medio portador rociado o asperjado no cae de nuevo en el cambiador de estado de agregación sino que se suministra al dispositivo de conversión de energía. Esto se puede lograr, por ejemplo, si el medio portador se rocía o se esparce es un área de la cavidad que está e ángulo en el extremo superior.

En una modalidad de ejemplo adicional se puede omitir el enfriamiento activo para el medio portador para retroconversion. La retroconversion del medio portador gaseoso en un medio portador no gaseoso en la altura especificada puede, por ejemplo, tener lugar por el enfriamiento del medio portador de gaseoso en el movimiento hacia arriba. La altura de la cavidad se puede seleccionar de manera adecuada para esto. Más precisamente, la altura se establece en proporción al calor introducido al medio portador de tal manera que el enfriamiento del movimiento hacia arriba genera un vapor que se subenfría de tal manera que la autocondensación inicia en la altura del recolector. Tal autocondensación se puede soportar por el diseño adecuado del colector. El colector puede, por ejemplo, ser formado como una red o una pluralidad de redes que sirven como una superficie de colisión grande con el fin de generar o condensar adicionalmente una mezcla de condensación y/o condensado.

Es, sin embargo, evidente que con enfriamiento activo y sin enfriamiento activo, el recolector pueda simplemente comprender de manera equitativa una superficie de límite superior de la cavidad que se enfría cuando es aplicable y se forma de tal manera que éste guía el medio de transporte no gaseoso retroconvertido, por ejemplo, por vía de un desagüe de recolector al dispositivo de conversión de energía.

En una modalidad de ejemplo el medio portador no gaseoso recuperado se almacena temporalmente antes de conversión de la energía potencial recuperada del medio portador dentro de otra forma de energía, por ejemplo por medio de un almacenamiento intermedio.

El almacenamiento intermedio del medio portador no gaseoso recuperado es adecuado, por ejemplo, para suministrar una reserva para momentos en los que no está disponible la energía térmica externa. Adicionalmente, con el almacenamiento intermedio, una demanda de pico para la forma de energía deseada se puede cubrir o los picos en el suministro de medio portador no gaseoso recuperado puede ser amortiguado.

Para convertir la energía potencial del medio portador en otra forma de energía, la energía potencial se puede convertir primeramente en energía cinética. Esto se puede lograr si el medio portador no gaseoso recuperado cae en una ruta de caída de una altura mayor a una altura menor, a través de una tubería descendente, por ejemplo. La energía cinética se puede convertir luego en otra forma de energía. Para esto, un convertidor de energía puede estar provisto tal como una turbina, cuando se aplica con un generador posterior. En el resultado final, la energía potencial se puede convertir en cualquier forma de energía arbitraria. Es evidente que la conversión en una forma de energía deseada también comprende almacenamiento en un portador de energía deseado. Así, entre otros, la conversión es posible en energía mecánica, energía eléctrica, energía para generar un portador de energía químico y/o energía para generar un portador de energía físico.

También, el medio portador no gaseoso recuperado se puede almacenar temporalmente, si se requiere, en un almacenamiento intermedio después de conversión de la energía potencial en otra forma de energía.

En cambio o después, el medio portador no gaseoso recuperado, después de conversión de la energía potencial en otra forma de energía, se puede utilizar adicionalmente por lo menos parcialmente en un circuito cerrado. De acuerdo con el dispositivo, para este medio portador se regresa al cambiador de estado de agregación.

Por conversión del medio portador no gaseoso en un medio portador gaseoso el medio portador dependiendo de la composición se puede destilar adicionalmente. El medio portador no gaseoso recuperado destilado puede luego ser por lo menos parcialmente extraído por vía de un punto de extracción antes o después de la energía potencial en otra forma de energía.

Si, por ejemplo, se utiliza agua de mar como el medio portador, en términos simplificados se evapora agua, los gases disueltos se liberan y se precipitan las sales. En el área de condensación primariamente el agua pura en altura especificada está disponible. Esto abre múltiples posibilidades para la aplicación y la incorporación tal como recuperación de agua potable e irrigación. Si se utiliza agua o agua de desperdicio de la industria o doméstica, como el medio portador, luego por medio de agua utilizada para destilación o agua de desperdicio la limpieza y la recuperación pueden tener lugar a partir de sustancias residuales.

El medio portador gaseoso puede surgir en una cavidad que está lejos de cualquier contaminante que no contiene sustancias adicionales. Alternativamente, la cavidad también comprende un medio de llenado que es llevado junto con el medio portador gaseoso. Se puede utilizar aire o cualquier otro gas o mezcla de gas como el medio de llenado.

El uso de un medio de llenado permite la compensación para diferencias de presión entre la cavidad y el ambiente externo. Tales diferencias de presión pueden surgir debido a diferentes temperaturas de operación provocadas por cambios en el estado de agregación del medio portador. Como el medio de llenado se lleva junto con el medio portador, se puede proporcionar un circuito cerrado para el medio de llenado en el que el medio de llenado después de emoción del medio portador a la altura especificada, se hace disponible de nuevo al evaporador. Alternativamente, también se puede proporcionar un sistema abierto en el que el medio de llenado se retira del exterior por la elaboración dentro de la cavidad y después de uso descargado de nuevo hacia el exterior.

En general, para todas las sustancias utilizadas y no extraídas para uso externo, tal como medio portador, medio de transporte y medio de llenado, y para toda la energía no extraída para uso externo, se pueden utilizar modalidades con circuitos cerrados y pasajes abiertos.

La invención se explica ahora en más detalle adelante con referencia a una modalidad de ejemplo. Aquí: La figura 1 muestra esquemáticamente la estructura de un dispositivo de ejemplo de acuerdo con la invención.

La figura 2 muestra un diagrama de flujo esquemático que explica la operación del dispositivo en la figura 1 ; La figura 3 muestra un diagrama de bloque esquemático de un dispositivo de ejemplo de cuerdo con la invención; y La figura 4 muestra esquemáticamente la estructura de un dispositivo de ejemplo adicional de acuerdo con la invención; La figura 5 muestra esquemáticamente la estructura de un dispositivo de ejemplo adicional de acuerdo con la invención; y La figura 6 muestra esquemáticamente una recuperación de ejemplo de calor en un dispositivo de acuerdo con la invención.

La figura 1 muestra una modalidad de ejemplo de un dispositivo de acuerdo con la invención para la conversión eficiente de energía.

El dispositivo comprende una estructura 10 con una cavidad 11. Evidentemente, la cavidad, en una modalidad alterna, también puede estar dispuesta oblicuamente por ejemplo adyacente al costado de una colina. En el extremo inferior de la cavidad 11 a la altura h = ho está dispuesta una cámara de evaporación 12.

En el extremo superior de la cavidad 11 altura h = hi está dispuesta una unidad de enfriamiento 13. De la unidad de enfriamiento 13 una tubería descendente 14 conduce a una turbina 15 con un generador conectado. La turbina 15 está a su vez conectada a la cámara de evaporación 12. La unidad de enfriamiento 13 se conecta adicionalmente por vía del conducto de retorno de calor 16 a la cámara de evaporación 12.

En la cavidad, está dispuesto adicionalmente, opcionalmente la turbina de una planta de energía de chimenea solar convencional 17.

Finalmente, un elemento 18 para recuperación de energía térmica está dispuesto de tal manera que este puede suministrar energía térmica a la cámara de evaporación 11. Un ejemplo de tal un elemento es un colector solar. En cambio del sol, sin embargo, se puede utilizar cualquier otra fuente de energía por el elemento 18. Es evidente adicionalmente que una multiplicidad de tales elementos se puede proporcionar.

La figura 2 muestra un diagrama de flujo que clarifica el principio de operación del dispositivo de la figura 1.

En la cámara de evaporación 12 hay un medio portador en el estado de agregación no gaseoso, por ejemplo agua como un medio de portador líquido La energía térmica externa se suministra a la cámara de evaporación 12 mediante el elemento 18 para recuperación de energía (etapa 21 ).

Debido a la energía térmica suministrada, el medio portador se convierte en un estado de agregación gaseoso que significa que se vaporiza y surge en la cavidad 11.

En la altura h = hi el medio portador se retroconvierte en el estado de agregación anterior (etapa 22). Esto significa que el vapor de salida del medio portador se condensa de nuevo. En el ejemplo se muestra que la retroconversión se origina por un enfriamiento de la unidad 13. Tal una unidad de enfriamiento puede, por ejemplo, consistir de una red de mangueras. La red ofrece en primer lugar una superficie de colisión grande con el fin de generar o condesar la humedad de condensación. En segundo lugar un medio de transporte puede fluir a través de las mangueras como refrigerante que soporta la condensación en la red. La red dirige el condensado resultante en la dirección descendente de la tubería 14.

El medio de transporte caliente en las mangueras puede ser suministrado por vía del conducto de retorno de calor 16 a la cámara de evaporación 12 con el fin de soportar allí el efecto de la energía térmica introducida y luego en el estado enfriado se suministra de nuevo a la unidad de enfriamiento 13 (etapa 23).

El medio portador, debido a la altura h = h ho viajada, se ha agregado ahora energía potencial. Ésta se deja caer a través de la tubería 14 de tal manera que la energía cinética se obtiene de la energía potencial (etapa 24).

Esta energía cinética se puede ahora convertir en otras formas de energía deseadas (etapa 25). Por ejemplo, el medio portador de caída puede impulsar la turbina 15 y la energía de rotación resultante se puede utilizar para operar el generador conectado y generar energía eléctrica.

Después que el medio portador ha impulsado a la turbina 15 ésta se puede guiar de nuevo a la cámara de evaporación 12 (etapa 26).

La planta de energía de chimenea solar opcional 17 también puede utilizar el vapor que surge del medio portador entre la etapa 21 y la etapa 22 en una forma convencional para recuperar energía.

Algunos detalles seleccionados y variaciones posibles del dispositivo en la figura 1 se muestran en el diagrama de bloques de circuito en la figura 3.

Se suministra un medio portador a un evaporador 32 o más generalmente un cambiador de estado de agregación. El medio portador puede, por ejemplo, ser agua de mar. El evaporador 32 corresponde a la cámara de evaporación 12 en la figura 1. En el evaporador 32 el medio portador se evapora por med energía térmica suministrada.

El vapor surge en la cavidad de una estructura 30 hasta que éste alcanza un segundo cambiador de estado de agregación 33. La cavidad también contiene un medio de llenado que se lleva a lo largo por el medio portador en un circuito cerrado o abierto.

El segundo cambiador de estado de agregación 33 puede, por ejemplo, corresponder a la unidad de enfriamiento 13 de la figura 1 que origina como un colector de condensado activo un enfriamiento del vapor para soportan condensación. Si el cambiador de estado de agregación 33 comprende unidad de enfriamiento, el calor se regresa al evaporador 32.

Alternativamente, el segundo cambiador de estado de agregación 33 puede ser un condensador que como un colector de condensación pasivo recolecta simplemente el condensador resultante del vapor. En este caso, la altura de la estructura se dimensiona ventajosamente de tal manera que debido al enfriamiento del vapor en el movimiento hacia arriba, ocurre autocondensación en el nivel del condensador, por ejemplo en una red que se puede incluir por el condensador para recolectar el condensado.

Si la evaporación y condensación se utilizan simultáneamente para destilar el material portador, parte del medio portador condensado se puede suministrar directamente al consumidor con vía de una conexión de extracción 40. Si el medio portador, por ejemplo, es agua de mar, las sales contenidas se precipitan en la evaporación y parte del medio portador condensado se puede utilizar como agua potable o para irrigación.

La parte del medio portador condensado no extraído se suministra a un contenedor de almacenamiento intermedio 41 , por ejemplo un tanque de agua que también está sustancialmente dispuesto a la altura del segundo cambiador de estado de agregación 33. El almacenamiento intermedio permite la recuperación de la forma de energía deseada en un momento deseado. Esto también incluye la mayor recuperación de la forma de energía deseada en los tiempos de carga pico y/o aún temporalmente esparcidos para la recuperación de la forma de energía deseada si la energía térmica suministrada, por ejemplo, solo está disponible en momentos específicas y por lo tanto el condensado solo se puede obtener en momentos específicos.

El medio portador condensado se controla luego, según se requiera, a través de una tubería descendente de tal manera que ésta impulsa una turbina 35. La energía de rotación generada por la turbina 35 se puede utilizar directamente por un consumidor y/o suministrada a un generador 42 para generar energía eléctrica.

La energía eléctrica puede a su vez se suministrada directamente a un consumidor o utilizada para conversión de energía adicional 43, por ejemplo para producir hidrógeno u oxígeno.

Después que el medio portador condensado ha impulsado la turbina 35, está se puede almacenar temporalmente en un contenedor de almacenamiento intermedio adicional 44 con el fin de ser de nuevo suministrado al evaporador en un circuito cerrado. Es evidente que el medio portador destilado también se puede extraer por vía de una conexión de extracción antes o después del segundo contenedor de almacenamiento intermedio 44 de tal manera que una gran cantidad del medio portador está disponible para impulsar la turbina.

Cuando se extrae el medio portador condensado del circuito, también se suministra de nuevo al evaporador 32 desde el exterior, por ejemplo en la forma de agua de mar.

La figura 4 muestra una variación adicional del dispositivo de la figura 1 como una modalidad adicional de ejemplo de un dispositivo de acuerdo con la invención para conversión eficiente de energía. Los mismos componentes llevan los mismos numerales de referencias como en la Figura 1.

En estamos de ejemplo, una cámara de evaporación 12, una estructura 10 con una cavidad 11 una unidad de enfriamiento 13, una tubería decadente 14 , una turbina 15 y un retorno de calor 16 están dispuestos de nuevo como en el ejemplo de la Figura 1.

En la modalidad de acuerdo con la Figura 4, sin embargo, se proporciona un elemento 19 para recuperar y cargar la energía térmica junto con la cubierta de la cavidad. El elemento 19 puede, por ejemplo, ser un recolector solar. El elemento 19 introduce energía térmica distribuida sobre la altura de la cavidad dentro de un medio portador gaseoso de tal manera que se evita que la aucondensación alcance la unidad de enfriamiento 13.

Luego se suministra solo la energía suficiente necesaria a la cámara de evaporación 12 según se requiera para conversión del medio portador no gaseoso en un medio portador gaseoso. En la operación continua para hacer esto posiblemente el calor que regresa por vía del retorno de calor 16 de la unidad de enfriamiento 13 puede ser suficiente. Solo para el inicio de la operación se debe suministrar calor externo a la cámara de evaporación, o en un primer medio portador no gaseoso se rocía dentro de la cavidad 1 1 de tal manera que inicialmente se convierte en vapor primero en la cavidad 1 1 en sí misma.

Más allá, el dispositivo de la figura 4 trabaja como el dispositivo de la figura 1 .

En otras palabras, la invención y algunas modalidades se pueden describir como sigue: El método y/o el dispositivo para recuperar energía se basa en la recolección y conversión de energía térmica por vía de la ruta de ganancia de energía potencial en la campo gravitacional de una masa (Epot = m*g*h; 'm' es la masa elevada en kilogramos 'g' es la constante gravitacional, 'h' la altura), en energía y/o o portadores de energía que necesitamos o consideramos necesitar para estructuras nuestro ambiente.

La física utilizada aquí para recuperar energía se da por la introducción de la energía en un cambiador de estado de agregación sólido y/o líquido dentro del estado de agregación gaseoso y de regreso, y por las dinámicas de gas en la forma de expansión adiabática que tiene lugar después de un cambio de estado de agregación en la forma gaseosa. La expansión adiabática conduce a un efecto de chimenea que juega un papel en este método y/o dispositivo. Finalmente, esto conduce a una conversión de energía en la forma de calor dentro de la energía almacenada en un campo gravitacional que puede y/o se convierte luego de nuevo en otras formas de energía.

El método y/o dispositivo para recuperar energía es una "tubería de calor" en principio básica pero con cambios decisivos y extensiones ésta está dispuesta en el campo gravitacional de la masa de tal manera que para un movimiento de su extremo al otro (= altura h), la energía se debe expandir para superar una diferencia en potencial del campo gravitacional. Por ejemplo, transferida a la caja "tierra" esto significa que un extremo está por ejemplo al nivel del piso altura h0 = 0 y el otro extremo está en una altura hi >0 por encima del piso.

El principio básico funcional del método y/o dispositivo para recuperación de energía se describe como sigue (Figura 3): una sustancia (= medio portador) se transforma por medio de energía introducida externamente dentro del estado de agregación gaseoso, luego por efectos físicos de la expansión adiabática juega el papel principal transportado a la altura h y convertido nuevamente (= condensado) dentro del estado de agregación anterior. La sustancia con energía potencial introducida está luego disponible para recuperación de energía. Opcionalmente, éste se puede almacenar temporalmente a esta altura para uso posterior. La energía potencial se puede convertir luego por medio de los dispositivos correspondientes y/o métodos en otras formas de energía física o química, es decir extraídas del medio portador. Después de extracción de la energía potencial, la sustancia puede opcionalmente de nuevo ser almacenada temporalmente. Luego opcionalmente, si se planea en la modalidad correspondiente, el portador se puede regresar al circuito. Para implementar el método y/o dispositivo para recuperar energía, se establece en una modalidad un circuito con los siguientes elementos (ver figura 1 ): Una cámara de evaporación para evaporar un medio portador por medio de calor externo introducido, conectado a éste una estructura de altura h en la que el vapor puede elevarse y cuya planta de energía de chimenea solar se puede instalar, conectada a éste en una modalidad de unidad de enfriamiento (= dispositivo de enfriamiento) para recuperar condensado de vapor del medio portador, en otra modalidad la altura h se establece en relación con el calor introducido dentro del medio portador de tal manera que el enfriamiento a través del movimiento hacia arriba (que es el proceso físico de convertir calor (= movimiento microscópico) en movimiento macroscópico, que es el movimiento sincrónico de las moléculas/átomos- el efecto de chimenea) genera un vapor subenfriado al punto que en el mejor caso origina autocondensación y no se requiere la unidad de enfriamiento, luego en una modalidad se proporcionan los colectores de condensado/condensadores por ejemplo en la forma de redes que sirven como una gran superficie de colisión con el fin de generar o condensar adicionalmente una humedad de condensación/condensado, luego conectado no necesariamente a éste un dispositivo de almacenamiento intermedio para el condensado (necesariamente por ejemplo para el caso de ausencia de calor externo o para cubrir la demanda pico, o para amortiguar picos en suministros condensados), conectado a éste una tubería descendente para el condensado, conectada a éste una turbina con un generador asociado en el que la energía cinética obtenida de la energía potencial del condensado del medio portador por vía de la caída en la tubería descendente se puede convertir por ejemplo en energía eléctrica (también puede de nuevo ser convertido directamente en calor), no necesariamente conectado a éste un dispositivo de almacenamiento intermedio adicional para el condensado, y conectado a éste de nuevo la cámara de evaporación. Aquí el calor que ocurre en la unidad de enfriamiento puede ser de nuevo introducido por vía del medio de transporte en calor en la cámara de evaporación.

Para implementar el método y/o dispositivo para recuperar energía, son posibles varias modalidades. En el método y/o dispositivo, el medio portador, a parte de los contaminantes no necesariamente solo el gas dentro de la estructura de altura h, en una modalidad adicional la estructura de h también se inunda con un medio de llenado (se puede utilizar principalmente aire, pero también otro cualquier otro gas/mezcla de gas). La opción del medio de llenado surge de las diferencias de presión entre las cavidades del método y/o dispositivo y el ambiente externo a diferentes temperaturas de operación que se originan por cambios en el estado de agregación. Esto se puede compensar opcionalmente al llenar el medio, del que las mediciones de construcción surgen para el diseño del objeto. Como el medio de llenado se lleva a lo largo del medio portador, esto conduce a por lo menos dos modalidades. En primer lugar un circuito cerrado para el medio de llenado que se hace disponible en el evaporador de nuevo por un dispositivo de retorno después de remoción del medio portador a una altura h, y en segundo lugar un sistema abierto en donde el medio de llenado se aspira del exterior por el portador a lo largo y dentro de la estructura y después de uso descargado de nuevo al exterior.

De la consideración adicional del método y/o dispositivo para recuperación de energía, surge un beneficio adicional. Como un efecto colateral del cambio en el estado de agregación de una sustancia utilizada, dependiendo de su composición ocurre una destilación fraccionada. Si por ejemplo, se utiliza agua de mar como el medio portador en un circuito abierto en el método y/o dispositivo para recuperar energía, en términos simples el agua de mar se evapora, los gases disueltos se liberan y se precipitan las sales. En el área de condensación de altura h entonces principalmente está disponible agua pura que ya ha sido bombeada por medio de la energía recuperada sin etapas intermedias adicionales a la altura h. de aquí surgen de nuevo múltiples aplicaciones y modalidades (palabras clave: (producción de agua (potable), irrigación). Si por ejemplo se utiliza agua o agua de desperdicio de uso industrial y doméstico, el método resulta en recuperación de agua utilizada o agua de desperdicio de sustancias residuales.

Modalidades adicionales consideradas en particular, opcionalmente, el calor de evaporación o entalpia de evaporación del medio portador relacionado, que se debe aplicar como calor latente en el cambio de estado de agregación de líquido/sólido a gas pero luego liberado de nuevo en la transformación inversa designada sublimación o condensación por calor. Ésta se regresa luego opcionalmente, mediante el transporte de regreso descrito anteriormente por medio de la unidad de enfriamiento, al área de cambio de estado de agregación de líquido/sólido a gas (ver figura 3). Esto significa que durante la operación desde el exterior solo la energía perdida necesita ser introducida en el evaporador. Esto también incluye la energía útil extraída. En total, estas modalidades tienen la ventaja de menores costos de construcción para recuperación de energía.

En una modalidad adicional las redes mencionadas anteriormente se establecen por diseño y disposición de construcción de áreas de enfriamiento de la unidad de enfriamiento, por ejemplo, redes de mangueras a través de las que fluye un refrigerante (= medio de transporte).

En una modalidad adicional la recuperación de calor de evaporación y por lo tanto la condensación se mejoran al rociar/esparcir/introducción de condensado que se enfría previamente por la unidad de enfriamiento en una modalidad adicional. En modalidades adicionales el condensado también se puede reemplazar por sustancias que alcanzan el mismo efecto físico. (Ejemplo: en el caso del medio portador de agua, la sustancia introducida para mejorar la condensación también puede ser aceite. Esto podría tener la ventaja de la separación simple de las dos sustancias).

Para todas las sustancias (medio portador (a), medio de transporte (a), medio de llenado (a) energía (calor, energía eléctrica, energía mecánica, viento, energía cinética)) y los estados de agregación en el método y/o dispositivo para recuperar energía, son posibles las soluciones de construcción con circuitos cerrados o pasajes abiertos.

El medio de transporte utilizado en este método y/o dispositivo solo cumple con las tareas funcionales, por ejemplo como catalizadores en reacciones químicas, que sin embargo son de nuevo funcionalmente necesarias para la implementación de la modalidad relacionada. Por ejemplo el retorno del calor que se puede recuperar en la unidad de enfriamiento se organiza por vía de un circuito opcionalmente cerrado de un medio de transporte de regreso al evaporador. También el medio de transporte en este proceso puede necesitar no estar sujeto a un cambio en el estado de agregación. Éste sería el caso si esta parte de la modalidad también se diseña como una "tubería de calor". En otra modalidad el medio de transporte de calor, por ejemplo un fluido del mayor punto de ebullición (por ejemplo aceite mineral o vegetal, sal fundida, etc.) comprende un gas que no cambia su estado de agregación en la introducción de calor recuperado en una unidad de enfriamiento.

La energía térmica que impulsa este método y/o dispositivo se puede tomar de cualquier fuente arbitraria. Por ejemplo el suelo (calor geotérmico), agua (agua caliente), aire (aire caliente), portadores de energía fósil (gas, petróleo, carbón, metano congelado etc.), portadores de energía nuclear (fusión o fisión) o sol (energía solar).

En modalidades adicionales, la estructura de altura h (=chimenea) coincide con el dispositivo para recuperación de energía/calor, que reduce drásticamente la complejidad y por lo tanto costos de construcción e instalación. El antecedente físico/técnico para esto es la consideración de que la energía necesaria para el transporte alto por medio del efecto chimenea para el medio portador necesita ser necesariamente ser introducido dentro de la cámara de evaporación (figura 1 ), es decir concentrado (consecuencia: se requieren altas temperaturas), sino que también se pueden introducir distribuidos sobre el curso de la altura de la estructura de la altura h (consecuencia: se requiere bajas temperaturas, es decir solo calor para tantos metros como se requiera). Si el dispositivo para recuperación de energía/calor, por ejemplo en el caso de un recolector solar, se diseña de esta forma, el recolector y la estructura de la altura h coinciden. En cualquier otro caso en el que también solo bajas temperaturas de partida para la evaporación o trasporte de energía están presentes, las mismas aplica, así, para estas modalidades la secuencia de proceso fundamental con la siguientes estaciones aplica: que la evaporación-sin energía de transporte suficiente necesaria al puede de altura h, que la recuperación e introducción de energía (calor) para trasportar el medio portador para recuperar energía potencial y compensación de pérdidas (el medio portador aquí también cumple simultáneamente la función de un medio de transporte para una recuperación de energía en exceso posiblemente temporal), que de condensar y recuperar energías latentes (dichas energías latentes son el calor de evaporación y el calor del medio portador) después de alcanzar la altura h, dichas energías se suministran de regreso luego de la evaporación, y que la recuperación de energía útil y el regreso del medio portador al evaporador. Aquí también, todas las modalidades ya citadas anteriormente son posibles para el propósito de obtener agua potable o agua para limpieza de desperdicios etc., y circuitos abiertos y/o cerrados (ver figura 3).

La energía y/o portadores de energía que necesitan o se considera se necesitan estructurar nuestro ambiente pueden por ejemplo ser energía eléctrica o portadores de energía química o portadores de energía física por ejemplo hidrógeno y oxígeno de electrólisis, o energía de bomba tal como energía para destilación.

La ventaja de este método y/o dispositivo para recuperar energía, en el caso de uso de portadores de energía de entrada tal como calor geotérmico, aire o agua caliente y energía solar, es la ausencia absoluta de emisiones de sustancias que contaminen el ambiente.

Para delimitación: • el método y/o dispositivo aquí para recuperar energía presentado aquí no es una planta de energía de chimenea solar (las plantas de chimenea de energía solar pertenecen al grupo de plantas de energía térmica, el método y/o dispositivo para recuperar energías se presentan aquí), una planta de energía de chimenea solar es un componente no esencial de la planta de energía presentado aquí. • el método y/o dispositivo aquí para recuperar energía presentada aquí no es una planta de energía térmica de agua de mar. El calor del agua es únicamente una solución para la estructura de la fuente de energía. • el método y/o dispositivo aquí para recuperar energía presentada aquí no es una planta de energía geotérmica. El calor geotérmico es únicamente una solución para la estructura de la fuente de energía.

En el caso en donde se utiliza calor del suelo como una fuente de energía, se puede considerar utilizar los sistemas existentes, por ejemplo en el área Ruhr. Así, los costos de inicio para el desarrollo se minimizan y también se reduce el tiempo de construcción de condicionamiento. Esta recuperación de calor puede tener lugar por ejemplo en galerías, y los ejes podrían formar estructuras de altura h, y también hay un nivel de fondo que posibilita el lago de almacenamiento para el condensado que puede servir la función de "planta de energía de almacenamiento" para control y operación de distribución de carga de pico.

La figura 5 ilustra esquemáticamente la estructura de un dispositivo de la invención adicional. El dispositivo corresponde al dispositivo descrito con referencias a la figura 4. Sin embargo un elemento para conversión de energía, produciendo calor y almacenamiento de calor 45 dispuesto entre la turbina 35 y/o el generador 42 de una parte y el evaporador 32 de otra parte- se han agregado. Tal un dispositivo es ejemplo para las siguientes modalidades: En una modalidad adicional del método y/o dispositivo de energía la energía recuperada por el método y/o dispositivo se introduce en la forma de calor en un contenedor de almacenamiento (figura 5) (45). Para esto el calor se carga de nuevo dentro del ciclo de recuperación de energía según se requiera. Este contenedor de almacenamiento de calor puede tener un medio de almacenamiento en varias modalidades, por ejemplo hierro u otro metal o simplemente consiste de piedra (por ejemplo basalto, granito, mármol, arcilla refractaria etc.), o un líquido, por ejemplo solución salina, sal fundida o metal fundido.

La ventaja de este tipo de almacenamiento intermedio es la densidad de energía mucho mayor en comparación con el contenedor de almacenamiento del medio portador y así resulta en peso a gran altura y por lo tanto sustancialmente menores costos. Al mismo tiempo existe la posibilidad del calor se cargue continuamente dentro del proceso de evaporación, que en algunas modalidades conduce al hecho de que no surge presión negativa en la construcción; esto también proporciona algunas ventajas estructurales.

Loa capacidad de este método se muestra por el ejemplo de contenedores de almacenamiento de calor 365 que consisten de basalto (0.84 kJ/kg*K, 3000 kg/m3), que se calienta a 600° C y cada uno tiene un volumen de 300 x 300 x 300 m3. La cantidad de calor almacenada allí resulta en 15,000 Peta Joules, que redondeados corresponden a los requerimientos anuales de la República Federal Alemana para la energía principal durante el año 2005, Esta cantidad de calor se puede generar por medio de un método y/o dispositivo para recuperación de energía ilustrado aquí y puede estar disponible de nuevo para ser utilizado en otros portadores energía.

En una característica adicional de un método y/o dispositivo para recuperación de energía el retorno del calor solo con una nueva introducción de calor de vaporización y también opcionalmente la reintroducción del calor básico del medio portador se desarrollan en cada caso mediante un intercambiador de calor. Éstas se conectan por tubería en cada caso (figura 6). Así: un intercambiador de calor recolecta la energía del vapor y/o el condensado del medio portador - ésta es la unidad de enfriamiento - y transfiere esto al medio de transporte. El otro regresa esta energía recolectada en el evaporador de regreso al medio portador para o-evaporación - ésta está luego en el evaporador. Estos intercambiadores de calor en varias modalidad es pueden ser pasivos (= intercambiador de contra flujo, flujo paralelo, flujo de calor cruzado) y/o activo (= bomba de calor).

Si en una modalidad para la transmisión de calor, se utilizan intercambiadores de calor pasivos por preferencia, ya que los intercambiadores de calor pasivos no son ideales, en una modalidad por lo menos un intercambiador de calor adicional se debe incorporar para transmitir el calor residual no transferido por los intercambiadores de calor pasivos para la transmisión de esto a los procesos de evaporación, o sin embargo, en una modalidad adicional este calor residual se disipa por el intercambiador de calor dentro del ambiente del método y/o dispositivo para la recuperación de energía y debe luego ser de nuevo compensado por una entrada de energía externa, incrementada por esta cantidad, al proceso de evaporación. La incorporación de este intercambiador de calor activo es más conveniente, pero no necesariamente llevado a cabo en el sitio del evaporador, en donde la ruta de transmisión de este calor residual al proceso de evaporación es corta.

Un ejemplo (figura 6) ilustra el flujo del calor: se asume que los intercambiadores de calor son intercambiadores de calor en contra flujo y el portador, como el medio de transporte es agua, y la temperatura de flujo del medio de transporte para la unidad de enfriamiento (60) es 70° C y la temperatura de flujo de salida es 100° C, la temperatura del vapor del medio portador en la entrada del contraflujo es de 102° C y en la salida del flujo es 72° C, la temperatura de flujo del medio de transporte al evaporador es 100° C, que a su vez presenta un medio portador a 72° C. Si este intercambiador de calor de contraflujo pasivo del evaporador (62) no se diseña ahora de forma similar a aquel de la unidad de enfriamiento, un medio portador a 98° C y un medio de transporte a 74° C están presentes en el flujo de salida. Al mismo tiempo, este intercambiador de calor pasivo puede liberar sin embargo solo una fracción de la energía amortiguada en el medio de transporte y así para la unidad de enfriamiento alcanzar de nuevo la temperatura de flujo de 70° C necesaria para la operación, el calor residual se debe disipar activamente y así la temperatura del medio de transporte debe ser de nuevo reducida a 40. Esto se hace por medio de una bomba de calor (61 ) (= principio del refrigerador) en donde el calor se bombea convenientemente en tal una forma que éste puede ser retroalimentado en el proceso de evaporación para evaporación.

Es evidente que las modalidades descritas son únicamente ejemplos que se pueden modificar y/o complementar en varias formas dentro del contexto de las reivindicaciones,

Claims (31)

1. REIVINDICACIONES Método para convertir energía, que comprende: conversión de un medio portador no gaseoso en un medio portador gaseoso mediante la introducción de energía térmica, de tal manera que el medio portador gaseoso se eleva y gana energía potencial; retroconversion del medio portador gaseoso a una altura específica dentro de un medio portador no gaseoso; y conversión de la energía potencial del medio portador no gaseoso recuperado dentro de otra forma de energía. Método de acuerdo con la Reivindicación 1 , en donde la energía térmica adicional se introduce en el medio portador distribuido sobre la altura viajada por medio portador gaseoso. Método de acuerdo con la Reivindicación 1 o 2, en donde la energía térmica introducida se recupera del calor geotérmico, agua caliente, aire caliente, portador de energía fósil, un portador de energía nuclear y/o energía solar. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la retroconversion del medio portador gaseoso dentro de un medio portador no gaseoso tiene lugar al enfriar el medio portador gaseoso. Método de acuerdo con la Reivindicación 4, en donde el enfriamiento tiene lugar en que un medio de transporte se pasa a través de áreas de enfriamiento dispuestas en la altura especificada. Método de acuerdo con la reivindicación 4 o 5, en donde el enfriamiento tiene lugar por vía de un medio de transporte y en donde una altura del medio de transporte resulta del enfriamiento del medio portador que se utiliza para hacer una distribución a la energía térmica introducida. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde para soportar la retroconversion se introduce una sustancia directamente dentro del medio portador. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la retroconversion del medio portador gaseoso dentro de un portador no gaseoso tiene lugar a la altura especificada debido al enfriamiento del medio portador gaseoso en el movimiento hacia arriba. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el medio portador no gaseoso recuperado se almacena temporalmente antes de conversión de la energía potencial recuperada del medio portador en otra forma de energía. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde para convertir la energía potencial del medio portador en otra forma de energía, la energía potencial se convierte en primer lugar en energía cinética al caer el medio portador no gaseoso recuperado de una altura mayor a una altura menor y luego se convierte la energía cinética en otra forma de energía. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde la energía potencial se convierte en energía mecánica, energía eléctrica, energía para generar un portador de energía químico y/o energía para generar un portador de energía física. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 , en donde el medio portador no gaseoso recuperado se almacena temporalmente después de conversión de la energía potencial en otra forma de energía. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde el medio portador no gaseoso recuperado después de conversión de la energía potencial en otra forma de energía, se utiliza adicionalmente por lo menos parcialmente en un circuito cerrado que continua con la etapa a). Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde el medio portador no gaseoso en la etapa a) se destila por conversión en un medio portador gaseoso, y en donde el medio portador no gaseoso recuperado destilado es por lo menos parcialmente extraído antes o después de la conversión de energía potencial en otra forma de energía. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en donde el medio portador gaseoso surge en una cavidad que comprende un medio de llenado que se lleva á lo largo del medio portador. Dispositivo para conversión de energía, que comprende: una cavidad; un cambiador de estado de agregación dispuesto en el extremo inferior de la cavidad y configurado para convertir un medio portador no gaseoso en un medio portador gaseoso mediante la introducción de energía térmica de tal manera que el medio portador surge en la cavidad y gana energía potencial un recolector dispuesto en el extremo superior de la cavidad y configurado para recolectar un medio portador no gaseoso recuperado del medio portador gaseoso; y una disposición de conversión de energía configurada para convertir la energía potencial del medio portador no gaseoso recuperado en otra forma de energía. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 16, que comprende adicionalmente un elemento de introducción de energía configurado para introducir energía térmica distribuida sobre la altura de la cavidad. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 16 o 17, que comprende adicionalmente un elemento de recuperación de energía configurado para recuperar la energía térmica introducida de calor geotérmico, agua caliente, aire caliente, portadores de energía fósil, portadores de energía nuclear y/o energía solar. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, en donde el recolector tiene una unidad de enfriamiento que se configura para convertir el medio portador gaseoso de nuevo en un medio portador no gaseoso por enfriamiento. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 19, en donde la unidad de enfriamiento tiene áreas de enfriamiento a través de las cuales fluye un medio de transporte con el fin de enfriar el medio portador gaseoso. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 19 o 20, que comprende adicionalmente una tubería de regreso de calor, en donde la unidad de enfriamiento de configura para flujo de un medio de transporte para enfriar el medio de transporte gaseoso, y en donde el conducto de regreso de calor se configura para guiar el medio de transporte caliente mediante el enfriamiento del intercambiador de estado de agregación dispuesto en el extremo inferior de la cavidad con el fin de contribuir a que se introduzca la energía térmica. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 21 , en donde el recolector tiene medios para la recolección de una sustancia directamente dentro del medio portador para soportar la retroconversión del medio portador gaseoso en un medio portador no gaseoso. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, en donde la altura de la cavidad se dimensiona de tal manera que la retroconversión del medio portador gaseoso en un medio portador no gaseoso en el extremo superior de la cavidad tiene lugar debido al enfriamiento del medio portador gaseoso en el movimiento hacia arriba. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 23, que comprende adicionalmente un contenedor de almacenamiento intermedio configurado para almacenamiento intermedio del medio portador no gaseoso recuperado antes de conversión de la energía potencial del medio portador en otra forma de energía Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 24 en donde la disposición de conversión de energía comprende una ruta de caída dispuesta para convertir la energía potencial en energía cinética al caer el medio portador no gaseoso recuperado de una altura mayor a una altura menor, y un convertidor de energía configurado para convertir la energía cinética en otra forma de energía. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 25, en donde la disposición de conversión de energía se configura para convertir la energía potencial del medio portador no gaseoso recuperado en energía mecánica, energía eléctrica, energía para generar un portador de energía química y/o energía para generar un portador de energía física. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 26, que comprende adicionalmente un contenedor de almacenamiento intermedio configurado para almacenamiento intermedio del medio portador no gaseoso recuperado después de conversión de energía potencial en otra forma de energía. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 27, en donde la disposición de conversión de energía está dispuesta de tal manera que el medio portador no gaseoso recuperado, después de conversión de energía potencial en otra forma de energía, se suministra de nuevo al cambiador de estado de agregación dispuesto en el extremo inferior de la cavidad. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 28, en donde el medio portador no gaseoso se destila por conversión en un medio portador gaseoso, que comprende adicionalmente una conexión de extracción configurada para extracción por lo menos parcial del medio portador no gaseoso recuperado antes o después de conversión de la energía potencial en otra forma de energía. 30. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 29, en donde la cavidad comprende un medio de llenado que se lleva lo largo del medio portador. 31. Sistema que comprende un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 30 y por lo menos un dispositivo configurado para recuperar energía térmica que se hace disponible al dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 30.