PT1567748E - Electrical power supply system - Google Patents

Description

DESCRIÇÃODESCRIPTION

SISTEMA DE FORNECIMENTO DE ENERGIA ELÉCTRICA A presente invenção diz respeito a um sistema para gerar energia eléctrica de emergência para assim proporcionar um fornecimento de energia ininterrupto a instalações, tais como, por exemplo, sistemas de computadores e de comunicações.The present invention relates to a system for generating emergency electrical power to thereby provide an uninterrupted power supply to facilities, such as, for example, computer and communications systems.

Convencionalmente, a energia eléctrica de emergência tem sido fornecida por geradores fixos que funcionam utilizando combustíveis fósseis e, muitas vezes, com arranque por bateria. As baterias utilizadas para arranque de geradores fixos ou armazenar energia para proporcionar fornecimentos de energia ininterruptos têm uma vida limitada e acarretam um encargo de manutenção significativo. Em climas quentes, os problemas são agravados por uma maior redução na vida das baterias e por uma necessidade de energia, não só para manter os sistemas de controlo electrónico operacionais, mas também para os manter a baixa temperatura através de ar condicionado. A Patente US 4281256 descreve um sistema de armazenamento de energia de ar comprimido com um motor alternativo de combustão interna funcionando como um compressor durante períodos de pouco consumo para carregar um recipiente de armazenamento e como dilatador accionado por ar comprimido proveniente do recipiente durante os períodos de ponta.Conventionally, emergency electrical power has been supplied by fixed generators that operate using fossil fuels and often with battery starting. Batteries used for starting fixed generators or storing power to provide uninterruptible power supplies have a limited life expectancy and lead to a significant maintenance charge. In hot climates the problems are aggravated by a further reduction in battery life and by a need for energy not only to keep electronic control systems operational but also to keep them at low temperature through air conditioning. US 4281256 discloses a compressed air energy storage system having an internal combustion reciprocating engine running as a compressor during periods of low consumption to load a storage vessel and as a compressed air driven dilator from the vessel during the periods of tip.

Constitui um objectivo da presente invenção proporcionar um sistema para a produção de energia eléctrica de emergência enquanto também produz um ambiente 1 arrefecido para manter os sistemas a uma temperatura de funcionamento arrefecida. Um sistema gerador como este deverá funcionar sem a utilização de combustíveis fósseis e sem se apoiar em baterias.It is an object of the present invention to provide a system for producing emergency electrical power while also producing a cooled environment to keep the systems at a cool operating temperature. A generator system like this should work without the use of fossil fuels and without relying on batteries.

De acordo com a presente invenção, é proporcionado um sistema para produção de energia eléctrica de emergência constituído por um recipiente preparado para conter um volume de gás comprimido; uma válvula para libertar o gás do recipiente a uma pressão pré-determinada; um dilatador preparado para receber e passar o referido gás libertado que circula pelo dilatador; e um gerador eléctrico ligado a um elemento rotativo do dilatador para produção de um fornecimento de energia eléctrica, caracterizado por o dilatador ser um dilatador em espiral. A energia é contida no gás armazenado no recipiente a uma pressão da ordem dos 300 bar. A energia do gás comprimido armazenado não se degrada com a temperatura ambiente e, assim, tem potencial para proporcionar uma reserva de energia segura com um longo período de vida. A energia mecânica pode ser assim recuperada quando ao gás comprimido é permitida a expansão, e a energia mecânica pode ser convertida em energia eléctrica utilizando o gerador. Este sistema funcionará de tal maneira que, quando a energia é necessária, o gás comprimido é libertado do recipiente através de um regulador para proporcionar um fluxo de ar a pressão reduzida na zona dos 10 bar. 0 gás é então fornecido a um dilatador em espiral que roda mecanicamente pela passagem do gás através dele e que faz rodar mecanicamente o gerador ligado ao eixo do dilatador em espiral para proporcionar a energia eléctrica necessária.According to the present invention, there is provided a system for producing emergency electrical energy consisting of a vessel arranged to contain a volume of compressed gas; a valve for releasing gas from the vessel at a predetermined pressure; a dilator arranged to receive and pass said released gas flowing through the dilator; and an electric generator connected to a rotary member of the dilator for producing an electric power supply, characterized in that the dilator is a spiral dilator. The energy is contained in the gas stored in the vessel at a pressure in the order of 300 bar. The stored compressed gas energy does not degrade at room temperature and thus has the potential to provide a safe energy reserve with a long life span. Mechanical energy can thus be recovered when compressed gas is allowed to expand, and the mechanical energy can be converted into electrical energy using the generator. This system will operate in such a way that, when power is required, the compressed gas is released from the vessel through a regulator to provide a flow of air under reduced pressure in the 10 bar zone. The gas is then supplied to a spiral dilator which rotates mechanically by the passage of the gas therethrough and mechanically rotates the generator connected to the axis of the spiral dilator to provide the required electrical power.

Formas de realização da invenção serão descritas, apenas a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais: a Fig.l é um diagrama de blocos dos componentes principais do sistema gerador de energia eléctrica de emergência, de acordo com uma primeira forma de realização; a Fig.2 é um diagrama semelhante dos componentes de uma segunda forma de realização; a Fig.3 ilustra um algoritmo de controlo; e a Fig.4 ilustra os componentes de um sistema para recuperação da energia dos sistemas das Figs.1 e 2. O sistema da Fig.l compreende um compressor e secador 10 de ar de níveis múltiplos preparado para carregar o recipiente 11 de pressão contendo, por exemplo, 300 litros de ar seco e comprimido, cuja energia equivalente está na zona dos 11 kWh. O ar seco é armazenado a uma temperatura de -30°C. 0 ar seco é importante para evitar a corrosão do recipiente 11, se for feito de aço, e para evitar a congelação quando o ar se expande. O estabelecimento deste ar a alta pressão na zona dos 300 bar permite uma considerável densidade de armazenamento de energia num volume relativamente pequeno. 0 compressor 10 será accionado com electricidade fornecida pela rede pública. A compressão do ar a esta pressão elevada dá origem a um grau de calor consideravelmente baixo que pode ser extraído completamente do compressor ou utilizado em qualquer outra aplicação. O recipiente 11 pode ser construído de aço de forma semelhante aos recipientes utilizados para armazenar gases em processos industriais. Em alternativa, o recipiente pode ser fabricado de fibra de 3 carbono como os que são utilizados para conter gás natural comprimido na indústria automóvel. A jusante de, e preparado para receber ar comprimido do recipiente 11, existe um regulador 12 de pressão que pode ser ajustado para reduzir a pressão do ar armazenado a um nível de trabalho próximo dos 10 bar. O regulador bem como a sua pressão de saída são controlados por um sistema 13 funcionando electronicamente para determinar a potência de saída do sistema. À saída do regulador 12 de pressão, existe uma válvula 14 accionada por solenóide, que é do tipo que é normalmente aberto e é electricamente accionada para uma posição de fecho. A válvula ê mantida fechada electricamente, enquanto o fornecimento de electricidade da rede pública é feito, e assim abre para fornecer o ar do regulador quando o fornecimento de energia eléctrica da rede pública falha. O ar armazenado, que sai do regulador 12, é introduzido através da válvula 14 de solenóide, quando aberta, para um dilatador 15 em espiral. Este dispositivo é, com efeito, um compressor em espiral sem óleo reconfigurado para funcionar como dilatador. Em funcionamento, o ar comprimido à pressão de 10 bar passa pelo dilatador, onde se expande até à pressão atmosférica e onde a acção da expansão obriga um eixo 15a do dilatador 15 em espiral a rodar. O ar expandido que deixa o dilatador 15 é seco, livre de óleo e de contaminadores e a uma temperatura abaixo de 0°C. Este ar refrigerado é ideal para arrefecimento do sistema electrónico e para o condicionamento do ar dos compartimentos que contêm equipamento electrónico.Embodiments of the invention will be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 is a block diagram of the main components of the emergency electric power generating system, according to a first form of achievement; 2 is a similar diagram of the components of a second embodiment; 3 illustrates a control algorithm; and Fig.4 shows the components of a system for recovering energy from the systems of Figs. 1 and 2. The system of Fig. 1 comprises a multi-level air compressor and dryer 10 arranged to load the pressure vessel 11 containing , for example 300 liters of compressed and dry air, whose equivalent energy is in the 11 kWh area. Dry air is stored at -30 ° C. Dry air is important to prevent corrosion of the vessel 11, if it is made of steel, and to prevent freezing when the air expands. The establishment of this high pressure air in the 300 bar zone allows a considerable density of energy storage in a relatively small volume. The compressor 10 will be operated with electricity supplied by the public network. Compressing the air at this high pressure gives rise to a considerably low degree of heat which can be extracted completely from the compressor or used in any other application. The vessel 11 may be constructed of steel similarly to the containers used for storing gases in industrial processes. Alternatively, the container may be fabricated from carbon fiber such as are used to contain compressed natural gas in the automotive industry. Downstream of, and arranged to receive compressed air from the vessel 11, there is a pressure regulator 12 that can be adjusted to reduce the pressure of the stored air to a working level close to 10 bar. The regulator as well as its output pressure are controlled by a system 13 operated electronically to determine the output power of the system. At the outlet of the pressure regulator 12, there is a solenoid operated valve 14, which is of the type that is normally open and is electrically driven to a closed position. The valve is kept electrically closed while the public grid electricity supply is made, and thus opens to supply the regulator air when the utility power supply fails. The stored air exiting the regulator 12 is introduced through the solenoid valve 14, when opened, into a spiral dilator 15. This device is, in effect, an oil-free spiral compressor reconfigured to function as a dilator. In operation, compressed air at 10 bar passes through the dilator, where it expands to atmospheric pressure and where the action of the expansion forces a spindle 15a of spiral dilator 15 to rotate. The expanded air leaving the dilator 15 is dried, free of oil and contaminants and at a temperature below 0 ° C. This cooled air is ideal for cooling the electronic system and for conditioning the air in compartments containing electronic equipment.

Um dilatador em espiral é uma máquina de eficiência elevada quando comparada com outros dilatadores de turbina ou de movimento alternado tradicionais. 4A spiral dilator is a high efficiency machine when compared to other traditional turbine or alternating stroke dilators. 4

Mecanicamente ligado ao eixo 15a do dilatador 15 está um gerador 16 electromagnético produtor de energia eléctrica a, digamos, 48 voltes CC. Este valor pode ser aumentado ou diminuído conforme a solicitação do equipamento, ao qual a energia eléctrica de emergência deva ser fornecida.Mechanically connected to the axis 15a of the dilator 15 is an electromagnetic generator 16 producing electrical energy at, say, 48 volts DC. This value can be increased or decreased according to the request of the equipment, to which emergency electrical power must be supplied.

Uma unidade 17 de condicionamento de potência controla a potência de saída e também fornece energia eléctrica à unidade 13 de controlo. A unidade 17 inclui condensadores para armazenar uma pequena quantidade de energia eléctrica. Estes condensadores deverão ser mantidos totalmente carregados a partir da fonte de energia principal da rede, de tal maneira que, quando esta energia falha, os condensadores possam fornecer energia eléctrica de emergência até o dilatador 15 em espiral e o gerador 16 possam produzir a necessária energia eléctrica, o que pode levar um ou mais segundos a conseguir. Portanto, o sistema pode oferecer uma energia eléctrica verdadeiramente ininterrupta, e não apenas energia de emergência.A power conditioning unit 17 controls output power and also supplies electrical power to the control unit 13. The unit 17 includes capacitors for storing a small amount of electrical energy. These capacitors should be kept fully charged from the main power source of the network in such a way that when this power fails the capacitors can provide emergency power until the spiral dilator 15 and the generator 16 can produce the necessary energy which can take one or more seconds to achieve. Therefore, the system can deliver truly uninterrupted electrical power, not just emergency power.

Durante a utilização, quando a fonte de energia eléctrica da rede está disponível, o sistema do dilatador em espiral não fica operacional e a energia de reserva fica armazenada no recipiente 11.In use, when the mains power source is available, the spiral dilator system is not operative and the reserve energy is stored in the vessel 11.

Um fornecimento ininterrupto de energia é necessário instantaneamente quando falha o fornecimento de energia da rede pública.Uninterrupted power supply is required instantly when utility power fails.

Após a falha e durante um período inicial, enquanto o dilatador 15 em espiral e o gerador 16 atingem a velocidade operacional e fornecem a energia necessária, é mantido o fornecimento de energia a partir da energia armazenada no condensador da unidade 17 de condicionamento de energia. Além disso, a unidade 17 serve um segundo objectivo de 5 ajuste da resposta lenta do dilatador 15 e do gerador 16 às alterações rápidas da carga pedida. Por exemplo, se é assumido que o pedido de energia à saída se altera quase instantaneamente de 300 para 600 watts, o sistema levará um determinado tempo para reagir à mudança da carga, e durante este período, o condensador de armazenamento de energia recuperará a curta falha. Inversamente, se o pedido de energia se reduz instantaneamente de 600 para 300 watts, de novo o dilatador/gerador levará um determinado tempo para atingir uma velocidade e uma produção reduzidas, e durante este período o condensador de armazenamento de energia absorverá o excesso de energia fornecido pelo dilatador/gerador.Upon failure and for an initial period, while the spiral dilator 15 and the generator 16 reach operating speed and provide the required power, the power supply is maintained from the energy stored in the capacitor of the power conditioning unit 17. Further, the unit 17 serves a second adjustment objective of the slow response of the dilator 15 and of the generator 16 to the rapid changes of the requested load. For example, assuming the demand for output power changes almost instantly from 300 to 600 watts, the system will take a certain amount of time to react to the load change, and during this time, the energy storage capacitor will recover in the short failure. Conversely, if the power demand is reduced instantly from 600 to 300 watts, again the dilator / generator will take a certain amount of time to achieve reduced speed and output, and during this time the energy storage capacitor will absorb the excess energy provided by the dilator / generator.

Deverá ser apreciado que um sistema de acordo com a invenção proporciona o fornecimento de energia eléctrica verdadeiramente ininterrupto enquanto armazena e liberta ar sem óleo, limpo e seco, que sai do dilatador 15, e pode ser utilizado para condicionamento do ar e arrefecimento do equipamento electrónico e não se apoia na utilização de combustíveis fósseis ou de baterias. Tanto o compressor 10 como o dilatador 15 funcionam substancialmente sem lubrificação, de maneira que a contaminação do ar é evitada.It will be appreciated that a system according to the invention provides the truly uninterrupted supply of electrical energy while storing and delivering clean, dry, oil-free air exiting the dilator 15 and can be used for air conditioning and cooling of the electronic equipment and does not rely on the use of fossil fuels or batteries. Both the compressor 10 and the dilator 15 operate substantially unlubricated, so that air contamination is avoided.

Referindo-nos agora à Fig,2, nela se mostra uma segunda forma de realização, na qual o fluxo de energia através do sistema é ainda melhorado. O fornecimento de energia eléctrica da rede pública é ilustrado em 201 e é constituído por um fornecimento de energia de CA, que é rectifiçada num rectificador 202, passando depois por uma ligação de CC para ser convertida, num conversor 204 de potência, numa forma apropriada para a carga requerida. 6 A ligação de CC compreende um condensador 212 de armazenamento de energia, um dispositivo λ/MD de medição da tensão e um dispositivo CMD de medição da corrente. A potência de CC fornecida pelo conversor 204 pode ser, por exemplo, uma CC de 48 voltes para uma aplicação de telecomunicações, mas, em alternativa, o conversor 204 poderá ser proporcionado na forma de um inversor da rede principal para proporcionar energia de CA sintetizada para a frequência da rede principal e tensão das cargas.Referring now to Fig. 2, there is shown a second embodiment, in which the flow of energy through the system is further improved. The power supply of the public network is illustrated at 201 and is constituted by an AC power supply, which is rectified into a rectifier 202, then passed through a DC link to be converted, in a power converter 204, into an appropriate form for the required load. The DC link comprises a power storage capacitor 212, a voltage measuring device λ / MD and a current measuring device CMD. The DC power supplied by the converter 204 may for example be a 48 volt DC for a telecommunications application but, alternatively, the converter 204 may be provided in the form of a main network inverter to provide synthesized AC power for the main mains frequency and load voltage.

Todas as vezes em que o fornecimento de energia eléctrica da rede pública é interrompido, o sistema comutará, para funcionamento, da fonte 206 de ar à pressão equivalente para o receptor 11 de ar da figura 1. A energia contida no ar à pressão é levada a circular através de um solenoide 2 07 de ar e de um regulador 208 electrónico de ar. 0 regulador 2 08 actua como um estrangulamento para regular o fluxo de ar dirigido para um dilatador (209) em espiral onde o ar se expande. O dilatador 209 em espiral acciona mecanicamente um alternador 210 eléctrico para gerar corrente eléctrica alternada (CA) . Esta CA é convertida em CC por um segundo rectificador 211, cuja saída é ligada ao circuito 213 de CC. A energia circula assim pelo circuito de CC para o conversor 204 de energia de saída para alimentação da carga 205 .Whenever the power supply of the public network is interrupted, the system will switch, for operation, from the air source 206 to the equivalent pressure for the air receiver 11 of figure 1. The energy contained in the air under pressure is brought to circulate through an air solenoid 207 and an electronic air regulator 208. The regulator 208 acts as a throttling to regulate the flow of air directed to a spiral dilator (209) where the air expands. The spiral dilator 209 mechanically drives an electric alternator 210 to generate alternating electric current (AC). This CA is converted into DC by a second rectifier 211, the output of which is connected to the DC circuit 213. The energy thus flows through the DC circuit to the output power converter 204 for powering the load 205.

Para se conseguir tempo suficiente para o dilatador 209 atingir a sua velocidade de funcionamento crítica e para reagir a rápidas alterações das necessidades de carga, a energia acumulada no condensador 212 é fornecida ao circuito de CC. 7 A gestão do flxixo de energia durante a utilização do ar, ou seja, quando o fornecimento de energia da rede pública é interrompido, é assegurada por um controlador 213 electrónico. Os algoritmos de controlo estão ilustrados na figura 3, onde a ligação de tensão e corrente de CC é monitorizada continuamente em 301, e a energia necessária é calculada por multiplicação de sinal em 302. O controlador tem um modelo 303 matemático para funcionamento do dilatador, que pode assim fornecer a pressão de ar necessária a qualquer solicitação de carga.In order to allow sufficient time for the dilator 209 to reach its critical operating speed and to react to rapid changes in load requirements, the energy accumulated in the capacitor 212 is supplied to the DC circuit. The management of the power balance during the use of the air, i.e. when the power supply of the public network is interrupted, is ensured by an electronic controller 213. The control algorithms are illustrated in Figure 3, where the DC voltage and current connection is continuously monitored at 301, and the required power is calculated by signal multiplication at 302. The controller has a mathematical model 303 for dilator operation, which can thus provide the required air pressure at any load request.

Simultaneamente, a tensão da ligação de CC real é comparada com uma tensão de um determinado ponto da ligação de corrente contínua em 304, e qualquer sinal de erro é produzido em 305. O sinal passa através de um controlador 306 proporcional-integral-derivado (PID) e de um limitador 307 para fornecer um sinal de ajustamento de pressão.Simultaneously, the actual DC link voltage is compared to a voltage of a particular DC link point at 304, and any error signal is produced at 305. The signal passes through a proportional-integral-derived controller 306 ( PID) and a limiter 307 to provide a pressure adjust signal.

Finalmente, o sinal de pressão derivado do pedido de carga do modelo 3 03 é calculado em 3 08 com o sinal de ajustamento da pressão antes da sua passagem do controlador 213 como sinal 309 de fixação da pressão até à fixação do regulador 208 de pressão de ar electrónico e do solenoide 207 de ar.Finally, the pressure signal derived from the load request of the model 033 is calculated at 308 with the pressure adjusting signal prior to its passage from the controller 213 as pressure clamping signal 309 until the pressure regulator 208 electronic air and air solenoid 207.

Em qualquer altura, o controlador 213 monitoriza o fornecimento de energia eléctrica da rede pública em 201 por meio de um relé 214 de rede 300. 0 sinal de rede presente em 310 passa através do inversor 311 de sinal e é utilizado para controlar o solenoide 207 de ar e para deter o sinal de ajustamento de pressão em 309. Assim, quando o fornecimento de energia eléctrica da rede está disponível, o solenoide 2 07 de ar está «desligado» e o sinal de ajustamento de ar fica bloqueado. 8At any time, the controller 213 monitors the power supply of the public network at 201 by means of a network relay 214. The network signal present at 310 passes through the signal inverter 311 and is used to control the solenoid 207 of air and to hold the pressure adjusting signal at 309. Thus, when the mains power supply is available, the air solenoid 207 is "off" and the air adjust signal is locked. 8

Normalmente, os dilatadores do ar disponíveis tendem a subdilatar o ar comprimido, fazendo assim sair o ar de escape que contém ainda energia significativa a uma pressão superior à pressão atmosférica. O que se segue é uma descrição de um sistema para a recuperação da energia contida neste ar sub-expandido e portanto optimizando a eficiência do sistema.Typically, the available air dilators tend to subdilate the compressed air, thereby exhausting exhaust air which still contains significant energy at a pressure higher than atmospheric pressure. What follows is a description of a system for recovering the energy contained in this sub-expanded air and thus optimizing the efficiency of the system.

Todos os dilatadores de ar têm uma relação de compressão inferior à relação da pressão do ar que conduz à pressão atmosférica do ar. Como exemplo, o dilatador 15, 209 de ar pode ter uma relação de expansão de 3:1. Um tal dilatador pode ser necessário para ser alimentado com ar à pressão de 9 bar para fornecer uma determinada potência de saída. Neste caso, o ar deixará o dilatador a 3 bar contendo ainda energia significativa. A figura 4 ilustra um sistema para recuperar energia a partir de ar de escape pressurizado.All air dilators have a lower compression ratio than the air pressure ratio leading to atmospheric air pressure. As an example, the air dilator 15, 209 may have an expansion ratio of 3: 1. Such a dilator may be required to be supplied with air at a pressure of 9 bar to provide a certain output power. In this case, the air will leave the dilator at 3 bar still containing significant energy. Figure 4 shows a system for recovering energy from pressurized exhaust air.

No caso de um dilatador com uma baixa relação de expansão, como acima descrito, a potência mínima de saída perde se, se a pressão à saída do dilatador é mantida num valor superior ao da pressão atmosférica utilizando uma válvula de retorno de regulação da pressão. Uma válvula como esta é mostrada em 41 na figura 4. Uma vez que o ar está disponível normalmente a uma pressão muito mais elevada do que a necessária pelo dilatador, a pressão de ar elevada pode ser utilizada para aumentar a pressão de algum do ar do dilatador de maneira a reduzir a quantidade de ar necessária para produzir um determinado valor de energia. A pressão de ar elevada deve ser reduzida, em primeiro lugar, para uma pressão constante apropriada para accionar o venturi 42 do dilatador por meio de um regulador 43. O ar passa então pelo venturi como ar de accionamento, e este 9 facto conduz a uma pressão de ar mais baixa à saída do dilatador que pode ser a pressão atmosférica ou uma pressão mais elevada, se for incluída uma válvula 41 de descarga. Assim, o ar de saída a baixa pressão passa através da válvula 45 sem retorno para o venturi 42. O ar combinado é descarregado a um nível de pressão entre a pressão de accionamento de ar e a pressão de arrastamento de ar.In the case of a dilator having a low expansion ratio as described above, the minimum output power is lost if the pressure at the outlet of the dilator is maintained above the atmospheric pressure using a pressure regulating return valve. Such a valve is shown at 41 in Figure 4. Since air is normally available at a much higher pressure than that required by the dilator, the raised air pressure can be used to increase the pressure of some of the air in the dilator. dilator so as to reduce the amount of air required to produce a given energy value. The high air pressure must first be reduced to an appropriate constant pressure to drive the venturi 42 of the dilator by means of a regulator 43. The air then passes through the venturi as drive air, and this leads to a lower air pressure at the outlet of the dilator which may be atmospheric pressure or higher pressure if a discharge valve 41 is included. Thus, the low pressure outlet air passes through the valve 45 without return to the venturi 42. The combined air is discharged at a pressure level between the air driving pressure and the air entraining pressure.

Se as necessidades de energia da carga forem variáveis, um outro regulador 46 de pressão pode ser incluído para fazer variar a pressão no dilatador em resposta a um sinal de controlo. Este regulador é equivalente ao mostrado em 208 na figura 2 e funciona a partir do sistema 213 electrónico de controlo.If the load power requirements are variable, another pressure regulator 46 may be included to vary the pressure in the dilator in response to a control signal. This regulator is equivalent to that shown at 208 in Figure 2 and operates from the electronic control system 213.

Uma outra válvula 47 pode ser introduzida, quer como regulador para assegurar o fornecimento de ar suficiente em momentos de pedido elevado, quer como uma válvula de selenóide que abre quando a pressão da fonte de ar a pressão elevada desce abaixo do nível suficiente para accionar o venturi 42.A further valve 47 may be introduced either as a regulator to ensure sufficient air supply at high order times, or as a selenoid valve that opens when the pressure of the high pressure air source drops below the level sufficient to drive the venturi 42.

Pressões operacionais normais são mostradas na figura 4 relativamente a cada válvula/regulador. Com estas pressões, cerca de 25% da circulação através do dilatador 44 serão removidas através do venturi e passadas de novo pelo dilatador.Normal operating pressures are shown in Figure 4 for each valve / regulator. At these pressures, about 25% of the circulation through the dilator 44 will be withdrawn through the venturi and passed back through the dilator.

Um sistema para produção de energia eléctrica de emergência como o que é aqui descrito e de acordo com a invenção, pode ser utilizado com uma capacidade de enchimento remoto. Isto é, o ar comprimido pode ser fornecido em reservatórios que são instalados, pré-carregados em locais remotos, por exemplo, terminais de telecomunicações remotos que, convencionalmente, têm montadas baterias para fornecimento de energia de 10 emergência. Assim, nas instalações de um terminal remoto, um sistema de produção de energia eléctrica como o que é aqui descrito pode ser alojado para se tornar operacional quando for necessário, ou seja, quando falhar o fornecimento de energia eléctrica da rede pública. O sistema de energia eléctrica de emergência accionado por ar comprimido entra portanto em funcionamento quando necessário e o sistema ocupa consideravelmente menos espaço do que um conjunto de baterias de reserva. Os tanques ou reservatórios contendo ar comprimido podem ser grandes e situados, tanto abaixo como acima do solo, ou num invólucro separado onde podem ser facilmente substituídos quando necessário, não necessitando assim de ocupar espaço em instalações normais de terminais remotos. Não se pretende limitar a invenção apenas aos exemplos atrás referidos. Por exemplo, o recipiente 11 pode conter um gás que não seja ar, de tal forma que possa resultar de um processo industrial. Além disso, vários recipientes como estes poderão ser ligados em série, aumentando assim os tempos de funcionamento do sistema no caso de ocorrerem falhas frequentes no fornecimento de energia da rede pública durante um curto período.A system for producing emergency electric power as described herein and in accordance with the invention may be used with a remote filling capacity. That is, compressed air can be supplied in reservoirs that are installed, preloaded at remote locations, for example, remote telecommunication terminals that conventionally have batteries for emergency power supply. Thus, in the premises of a remote terminal, a power generation system as described herein may be housed to become operational when necessary, i.e., when the public power supply fails. The compressed-air emergency electric power system therefore goes into operation when required and the system occupies considerably less space than a set of backup batteries. Tanks or reservoirs containing compressed air may be large and situated either below or above ground or in a separate enclosure where they can be easily replaced when required, thus not requiring space in normal remote terminal installations. It is not intended to limit the invention only to the above examples. For example, the container 11 may contain a gas other than air, such that it may result from an industrial process. In addition, several containers such as these can be connected in series, thus increasing the system's operating times in case of frequent failures in the power supply of the public network for a short period.

Lisboa, 19 de Janeiro de 2007 11Lisbon, January 19, 2007 11

Claims (16)

REIVINDICAÇÕES 1. Sistema de fornecimento de energia eléctrica de emergência, que compreende um recipiente preparado para conter um volume de gás comprimido, uma válvula para libertar o gás do recipiente a uma pressão pré-determinada, um dilatador preparado para receber e fazer passar o referido gás libertado e incluindo um elemento rotativo para ser accionado pelo fluxoo do referido gás libertado que passa através do dilatador, e um gerador eléctrico ligado, de maneira a poder rodar, ao elemento rotativo do dilatador para produzir assim uma certa quantidade de energia eléctrica; caracterizado por o dilatador ser um dilatador em espiral.An emergency electrical power supply system, comprising a vessel arranged to contain a volume of compressed gas, a valve for releasing the gas from the vessel at a predetermined pressure, a dilator arranged to receive and pass said vessel and a rotatable member to be driven by the flow of said released gas passing through the dilator, and an electric generator rotatably connected to the rotating member of the dilator to thereby produce a certain amount of electrical energy; characterized in that the dilator is a spiral dilator. 2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir um regulador de pressão para reduzir a pressão de gás libertado do recipiente a uma pressão de trabalho a que o gás é introduzido no dilatador em espiral.A system according to claim 1, characterized in that it includes a pressure regulator for reducing the gas pressure released from the vessel to a working pressure to which the gas is introduced into the spiral dilator. 3. Sistema de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizado por incluir um compressor de ar de níveis múltiplos e um secador ligado ao recipiente para o fornecer de gás comprimido e seco.A system as claimed in claim 1 or claim 2, characterized in that it comprises a multi-level air compressor and a dryer connected to the vessel to supply it with compressed and dry gas. 4. Sistema de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o recipiente reter um gás com uma pressão de ou à volta dos 300 bar e num ponto crítico de ou à volta de -30°C. 1System according to any of the preceding claims, characterized in that the vessel holds a gas with a pressure at or around 300 bar and at a critical point of or around -30 ° C. 1 5. Sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o compressor de ar de níveis múltiplos estar preparado para ser accionado a partir da energia eléctrica da rede pública.A system according to claim 3, characterized in that the multi-level air compressor is arranged to be driven from the electric power of the public network. 6. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o regulador de pressão e a válvula de libertação de gás estarem ligados a um sistema de controlo accionado electricamente.A system according to claim 2, characterized in that the pressure regulator and the gas release valve are connected to an electrically driven control system. 7. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a válvula de libertação de gás ser do tipo que está normalmente aberta e ê electricamente alimentada para uma posição fechada, sendo a válvula utilizada mantida fechada electricamente, enquanto o fornecimento de energia eléctrica da rede pública está presente e assim abre o fornecimento de gás do regulador quando a rede pública de fornecimento de energia eléctrica falha.A system according to claim 2, characterized in that the gas release valve is of the type which is normally open and is electrically supplied to a closed position, the valve used being kept electrically closed, while the supply of electricity from the mains public is present and thus opens the gas supply of the regulator when the public electricity supply network fails. 8. Sistema de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o dilatador em espiral ser um compressor em espiral sem lubrificação reconfigurado para funcionar como dilatador.System according to any of the preceding claims, characterized in that the spiral dilator is a non-lubricated spiral compressor reconfigured to function as a dilator. 9. Sistema de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o dilatador em espiral libertar gás, de tal maneira que pode dilatar-se até à pressão atmosférica a uma temperatura abaixo da temperatura do ar ambiente.System according to any one of the preceding claims, characterized in that the spiral dilator releases gas in such a way that it can dilate to atmospheric pressure at a temperature below the ambient air temperature. 10. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir uma unidade de condicionamento de energia com, pelo menos, um 2 condensador para armazenar energia eléctrica de reserva durante um breve período até que o dilatador em espiral e o gerador possam produzir a energia eléctrica necessária, servindo o condensador também para libertar ou absorver energia eléctrica, no caso de uma alteração no pedido de energia eléctrica.A system according to claim 1, characterized in that it comprises a power conditioning unit with at least one capacitor for storing reserve electrical energy for a short period until the spiral dilator and the generator can produce the energy electrical power required, the condenser also serving to release or absorb electrical power in the event of a change in the electric power demand. 11. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por a unidade de condicionamento de energia incluir uma ligação de CC, que é constituída por um condensador de armazenamento de energia, por um dispositivo de medida de tensão e por um dispositivo de medida de corrente.A system according to claim 10, characterized in that the power conditioning unit includes a DC connection, which is constituted by a power storage capacitor, a voltage measuring device and a current measuring device . 12. Sistema de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por incluir meios para reciclar uma porção do gás libertado através da saída do dilatador para ser arrastado com gás fornecido ao dilatador a partir do recipiente.A system according to any of the preceding claims, characterized in that it includes means for recycling a portion of the gas released through the outlet of the dilator to be entrained with gas supplied to the dilator from the vessel. 13. Sistema de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por incluir uma multiplicidade de recipientes, estando cada um adaptado para conter um determinado volume de gás comprimido, sendo os recipientes ligados uns aos outros em série.A system as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a multiplicity of containers, each adapted to contain a determined volume of compressed gas, the containers being connected to one another in series. 14. Sistema de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por incluir um regulador para reduzir o fluxo de gás introduzido no interior do dilatador em espiral numa relação pressão/fluxo que é determinada de acordo com o nível de energia eléctrica de emergência pedido pela carga, para a qual a energia eléctrica de emergência é produzida. 3System according to any of the preceding claims, characterized in that it includes a regulator for reducing the flow of gas introduced into the spiral dilator in a pressure / flow ratio which is determined according to the level of emergency electrical energy demanded by the load , for which emergency power is produced. 3 15. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o regulador ser controlado por um sistema de comando accionado electricamente, utilizando valores de entrada da tensão e da corrente medidos.A system according to claim 14, characterized in that the regulator is controlled by an electrically driven control system, using measured voltage and current input values. 16. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por, em combinação com uma carga com necessidades variáveis de energia ligada ao sistema, fornecer assim uma alimentação ininterrupta de energia eléctrica à carga. Lisboa, 19 de Janeiro de 2007 4A system according to claim 10, characterized in that, in combination with a load with variable energy requirements connected to the system, it thus provides an uninterrupted supply of electrical energy to the load. Lisbon, January 19, 2007 4