Máquina de absorción refrigerada por aire.

Se presenta el diseño de una máquina de absorción refrigerada por aire. La máquina presenta un diseño hueco

, por el que puede circular aire en el interior de la misma en convección forzada, teniendo una forma paralelepipédica. El aire entra en aspiración por los costados laterales y sale por la cara superior de la máquina, donde se ubica el ventilador. La máquina presenta diseños mejorados de sus intercambiadores de calor de película descendente para la transferencia de calor y de masa.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201330887.

Solicitante: UNIVERSITAT POLITECNICA DE CATALUNYA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: PEREZ SEGARRA,CARLOS DAVID, CASTRO GONZALEZ,JESUS, RODRÍGUEZ PÉREZ,Ivette, LEHMKUHL BARBA,Oriol, RIGOLA SERRANO,Joaquim, OLIET CASASAYAS,Carles, TRIAS MIQUEL,Xavi, CAPDEVILA PARAMIO,Roser, ALBA QUEIPO,Ramiro, ORDOÑO MARTÍNEZ,Manuel Miguel, OLIVA LLENA,Asensio, FARNOS BAULENAS,Joan.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS... > MAQUINAS, INSTALACIONES O SISTEMAS FRIGORIFICOS;... > Máquinas, instalaciones o sistemas por sorción,... > F25B15/06 (siendo el refrigerante vapor de agua evaporado procedente de una solución salada, p. ej. bromuro de litio)
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Máquina de absorción refrigerada por aire.

Fragmento de la descripción:

MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE Objeto de la Invención.

La presente invención se refiere al diseño de una máquina de refrigeración por absorción enfriada por aire, utilizando agua como refrigerante y Bromuro de Litio acuoso como sustancia absorbente, para ser utilizado en aplicaciones de aire acondicionado, y cuya fuente de energía sea agua caliente.

Estado de la Técnica.

En la actualidad existen muchas tecnologías para hacer frío a partir de una fuente de energía térmica, e. g.: refrigeración por absorción, adsorción, eyección, frío con desecantes, ciclo de Rankine, ciclo de Stirling, etc. Estas tecnologías se presentan especialmente atractivas para disminuir la demanda de energía eléctrica y sustituir los tradicionales sistemas de compresión de vapor. Esto puede significar interesantes ahorros desde el punto de vista energético y consecuentemente económico, siempre que la fuente de energía térmica sea de bajo coste, por ejemplo, energía solar o calores residuales de un proceso industrial.

La refrigeración por absorción es una de las varias tecnologías existentes para hacer frío a partir de una fuente de energía térmica, y es una de las más extendidas. Existen máquinas de refrigeración por absorción desde el siglo XIX y a lo largo del siglo XX se han consolidado varios fabricantes de máquinas de media / gran capacidad (más de 100 kW). Todas éstas máquinas tienen como fluidos de trabajo agua (refrigerante) / Bromuro de Litio acuoso (absorbente) o bien amoníaco (refrigerante) / agua amoniacada (absorbente). Las máquinas que utilizan agua como refrigerante son adecuadas para aplicaciones de aire acondicionado y las máquinas que

utilizan amoníaco como refrigerante para aplicaciones de refrigeración.

Durante ese tiempo un caso excepcional ha sido la empresa Yazaki, véase por ejemplo la patente US4014183 "Absorption refrigerator of natural circulation type", con sus modelos de pequeña potencia en el rango de 7-50 kW. Todas estas máquinas tienen como fluidos de trabajo agua y Bromuro de Litio.

Durante la primera década del siglo XXI ha habido un fuerte desarrollo de máquinas de absorción de pequeña potencia, especialmente agua / Bromuro de Litio acuoso, véase patentes, DE102007062343 "Coid production method for water lithium bromide absorption refrigerant plant, involves receiving water vapor by mixing absorber, and supplying lithium bromide solution into cooling part via desorber" y W02009004008 "Absorption refrigerating machine".

Existe urna máquina de agua / Cloruro de Litio acuoso funcionando en ciclo abierto, que tiene como característica adicional la capacidad de almacenar energía en forma termoquímica, como patente ilustrativa véase referencia W02009102271 "Absorption machine having a built-in energy storage working according to the matrix method".

Todas las máquinas comerciales antes descritas son refrigeradas por agua y utilizan agua como refrigerante y Bromuro de Litio acuoso como absorbente, necesitando una torre de enfriamiento para su funcionamiento.

Para máquinas de pequeña potencia resulta atractivo prescindir de la torre de enfriamiento, ya que abarataría la instalación. Hasta el momento se han realizado algunos desarrollos de máquinas de absorción que utilizan agua / Bromuro de Litio acuoso enfriadas por aire, sin llegar a ser ninguno de ellos comercial. Mencionamos las patentes: JP63065257 "Air-cooling type absorption water chiller and heater", JP2251067 "Absorption type air-cooled heat pump cooling and heating device", JP3091664 "Air-cooled absorption

type heating and cooling equipment", JP3105177 "Air-cooled absorption type water cooling and heating machine", JP10281581 "Air-cooling absorption freezer and cold/warm water heater", EP0317048 "Air-cooled absorption type water cooling and heating generating apparatus", EP0216629 "Air-cooled absorption type water cooling/ heating apparatus", US4563882 "Air-cooling type absorption cooler", US4655053 "Air-cooled absorption refrigeration system", US4691528 "Air-cooled absorption type water cooling/heating apparatus", US4748830 "Air-cooled absorption heating and cooling system", US4748830 "Air-cooled absorption heating and cooling system", US4791790 "Air-cooled absorption-type water cooling and heating apparatus", US4872319 "Air-cooled absorption type cooling/heating water generating apparatus", US4841744 "Double-effect air-cooled absorption refrigerating machine", US5027616 "Air-cooled absorption type cooling and heating apparatus", y ES2159250B1 "Máquina de absorción de doble efecto enfriada por aire y alimentada por el calor de los gases de escape de motores térmicos". En todos estos desarrollos las configuraciones de ciclo es de doble efecto, siendo gas como fuente de energía excepto el último caso (patente ES2159250B1), por lo que en estos casos el generador o desorbedor está adaptado a tales características. La patente US6109060 titulada "AirDcooled absorption type refrigerating apparatus", se refiere a una máquina de absorción refrigerada por aire con diferentes configuraciones de sus elementos.

En cuanto a componentes, las máquinas de refrigeración por absorción están compuestas por una serie de intercambiadores de calor, bombas y válvulas. En el caso de máquinas que utilizan agua / Bromuro de Litio acuoso, un tipo de intercambiador de calor bastante habitual es el tipo de película descendente, ya que éstos no implican una gran pérdida de carga del lado del fluido primario o refrigerante (agua / Bromuro de Litio acuoso). Esto es una característica

importante ya que estas máquinas trabajan a presiones subatmosféricas. En la patentes JP3091664, JP3105177,

JP63065257, JP9014787, JP10030860, JP10281581, JP10300268,

US4655053 se hace referencia a absorbedores peliculares verticales. Existe otra configuración de absorbedor, llamado de absorción adiabática en gotas, aparece en la patente ES2161119 "Absorbedor de gotas iguales de flujos paralelos" también apropiado en condiciones subatmosféricas. En las patentes JP10300273 y JP10300274 "Evaporator unit for air- cooling absorption type freezing device" se describen

evaporadores de película descendente.

Otro tipo de intercambiador apropiado para máquinas que utilizan agua / Bromuro de Litio acuoso, son los inundados, que pueden ser utilizados en los evaporadores y/o generadores. Existe otro componente, el intercambiador de solución, que es un intercambiador líquido-líquido, que puede ser un

intercambiador de placas o de carcasa y tubos.

Finalidad de la Invención.

La presente invención tiene como finalidad perfeccionar el diseño de una máquina de refrigeración por absorción refrigerada directamente por aire y que funcione con agua caliente como fuente de energía, con una configuración de simple efecto.

En concreto se refiere a la distribución espacial de sus componentes: absorbedor, generador, intercambiador de

solución, condensador, evaporador, bomba de solución,

acumuladores de solución y refrigerante, a algunos detalles del diseño de los intercambiadores de calor y al diseño de sus distribuidores, clave para conseguir un buen mojado de los intercambiadores de calor de película descendente que lo requieren: absorbedor y generador.

Descripción de la Invención.

La máquina de refrigeración por absorción objeto de la presente invención presenta una configuración de ciclo de simple efecto. El ciclo básico de absorción de simple efecto consta de un absorbedor, un generador, un intercambiador de solución, un evaporador, un condensador, una bomba, y dos válvulas de expansión (ver Figura 1).

La máquina de refrigeración por absorción cuya invención se refiere en el presente escrito se caracteriza por tener una...

 


Reivindicaciones:

Ia - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", de las

que utilizan agua como refrigerante y solución acuosa de Bromuro de Litio, de las que utilizan un fluido caliente calor-portador que aporta la energía primaria, caracterizada por:

Tener una configuración hueca que permite la circulación del aire en su interior.

- Tener al menos un generador (1).

- Tener al menos un condensador (2).

- Tener al menos un evaporador (3).

- Tener al menos un absorbedor (4).

Tener al menos un intercambiador de calor de solución (5).

- Tener al menos un acumulador de solución (6) y al menos un acumulador de refrigerante (7).

- Tener al menos una bomba de solución (9).

- Tener al menos un ventilador (12).

2a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la Ia reivindicación, caracterizada en la forma de paralelepípedo hueco de la máquina permite la circulación de aire en convección forzada por el interior.

3a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la Ia reivindicación, caracterizada en que el generador (1) consta de un serpentín de tubos horizontales que intercambia energía con un fluido calor-portador que aporta la energía primaria.

4a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la Ia reivindicación, caracterizada en que el condensador (2)

consta de un conjunto de tubos aleteados (17) enfriados por aire.

5a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la Ia reivindicación, caracterizada en que el evaporador (3) está constituido por un haz de tubos con aletas (17) sumergidos.

6a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la Ia reivindicación, caracterizada en que el absorbedor (4) consta de un conjunto de tubos aleteados (17) enfriados por aire.

7a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la Ia reivindicación, caracterizada en que los acumuladores de solución (6) y los acumuladores de refrigerante (7) tienen una capacidad suficiente como para permitir trabajar en el rango de concentraciones adecuado de Bromuro de Litio.

8a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la Ia reivindicación, caracterizada en que los acumuladores de solución (6) tienen una capacidad suficiente como para acumular energía.

9a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la Ia reivindicación, caracterizada en que los acumuladores de refrigerante (7) pueden permitir la descristalización.

10a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la Ia reivindicación, caracterizada en que el ventilador (12) está situado en la parte superior de la máquina, en la cara superior del paralelepípedo, y sirve para impulsar el aire en convección forzada a través de los absorbedores (4) y de los condensadores (2).

11a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la Ia reivindicación, caracterizada en que el paso del vapor entre evaporador (3) y absorbedor (4) , y entre generador (1) y condensador (2) es suficiente como para minimizar pérdidas de carga y facilitar el buen funcionamiento de la máquina.

12a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la Ia reivindicación, caracterizada en que los elementos a unir de metales distintos no están soldados, sino que se procede a uniones basadas en juntas tipo polimérico, elastómeras o rígidas.

13a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la Ia reivindicación, caracterizada en que la bomba de solución (9) puede ser mecánica o térmica.

14a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la 3a reivindicación, caracterizada en que el generador (1) está situado en la parte superior de la máquina, encima del absorbedor (4).

15a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la 3a reivindicación, caracterizada en que el generador (1) de serpentín de tubos tiene entre los mismos unas varillas roscadas redistribuidoras (15) y una malla de revestimiento (16) para facilitar el mojado de las superficies.

16a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la 15a reivindicación, caracterizada en que los tubos del generador (1) forman como máximo un ángulo de 0.5° respecto la línea horizontal.

17a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la 5a reivindicación, caracterizada en el evaporador (3) está situado en la parte inferior de la máquina.

18a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la 6a reivindicación, caracterizada en que el absorbedor (4) está situado debajo del generador (1) y encima de la bomba de solución (9), estando su parte superior a la misma altura que la parte superior del intercambiador de solución (5).

19a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la 6a reivindicación, caracterizada en que el absorbedor (4) de tubos aleteados (17) es de película líquida descendente por el interior de los mismos.

20a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la 6a reivindicación, caracterizada en que los tubos aleteados (17) requieren de formadores de película líquida descendente (14) en la parte superior de los mismos.

21a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la 20a reivindicación, caracterizada en los formadores de película líquida descendente (14) son de dos tipos: i) un cilindro con agujero roscado y ranuras que encaja con el tubo; ii) formador de película basado en hacer pasar la solución a través de un conducto anular muy estrecho.

22a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según la 8a reivindicación, caracterizada en que los acumuladores de solución (6) están situados encima de la bomba de solución (9).

23a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según

la 9a reivindicación, caracterizada en que los acumuladores de

refrigerante (7) están situados encima de la bomba de solución (9).

24a - "MÁQUINA DE ABSORCIÓN REFRIGERADA POR AIRE", según

la 13a reivindicación, caracterizada en que la bomba de solución (9) está situada en la parte inferior de la máquina.