Procedimiento e instalación de enfriamiento criogénico usando CO2 líquido y empleando dos intercambiadores en serie.

Proceso que utiliza CO2 líquido como fluido criogénico para transferir frigorías a productos, proceso del tipo denominado de inyección indirecta donde el CO2 líquido se envía a un sistema de intercambiador térmico donde se evapora, pasando la transferencia de frío a los productos por un intercambio entre la atmósfera que rodea los productos y las paredes frías del intercambiador térmico, estando constituido el sistema de intercambiador por dos intercambiadores montados en serie, el segundo intercambiador

(4/5) se mantiene a presión atmosférica o a una presión comprendida entre el punto triple del fluido y la presión atmosférica, caracterizado por que el primer intercambiador (2/3') se mantiene a una presión superior a la presión del punto triple del CO2.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2011/051023.

Solicitante: L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 75, QUAI D'ORSAY 75007 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: PATHIER, DIDIER, DUBREUIL, THIERRY, YOUBI-IDRISSI,MOHAMMED.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS... > REFRIGERADORES; CAMARAS FRIGORIFICAS; NEVERAS; APARATOS... > Dispositivos que utilizan otros agentes fríos; Dispositivos... > F25D3/10 (utilizando gases licuados, p. ej. aire líquido)

PDF original: ES-2532206_T3.pdf

 

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Procedimiento e instalación de enfriamiento criogénico usando CO2 líquido y empleando dos intercambiadores en serie.
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Procedimiento e instalación de enfriamiento criogénico usando CO2 líquido y empleando dos intercambiadores en serie.

Fragmento de la descripción:

Procedimiento e instalación de enfriamiento criogénico usando CO2 líquido y empleando dos intercambiadores en serie

La presente invención se refiere al campo de los procesos de enfriamiento que usan CO2.

Como se sabe, la utilización de CO2 en tales procesos de enfriamiento es muy ventajosa puesto que este fluido presenta una fase sólida a -8°C a presión atmosférica, que permite usar para ciertas aplicaciones hielo seco, hielo muy eficaz en particular para aportar frío de manera localizada sin ninguna instalación frigorífica. Existen numerosas aplicaciones del CO2 sólido, como por ejemplo las bolsas de hielo carbónico cargadas en los contenedores de transporte de productos alimentarios o farmacéuticos, o incluso las utilizaciones para el mantenimiento en frío de las comidas en el campo del transporte aéreo.

Sin embargo, cuando este gas se utiliza en intercambiadores de calor (inyección « indirecta »), típicamente de tubos o de placas, esta ventaja se transforma en inconveniente porque la aparición intempestiva de la forma sólida del CO2 (nieve carbónica) en un ¡ntercambiador conduce muy rápidamente a la obstrucción del mismo. El documento D1 = EP-1 659 355 ¡lustra el estado de la técnica de tales implementaciones según el preámbulo de la reivindicación de proceso 1 y una instalación según el preámbulo de la reivindicación 6.

Para evitar este inconveniente de paso a la fase sólida, se pretende evitar por tanto que aparezca la fase sólida del CO2, y se favorecen por tanto las condiciones que permiten que el CO2 permanezca en forma líquida o gaseosa en el conjunto de ¡ntercambiador.

Para que el intercambio térmico se realice permaneciendo en fase líquida y gaseosa (vaporización del CO2 líquido sin riesgo de que se forme CO2 sólido), la presión en el tubo debe mantenerse a un valor superior a la presión teórica de 5,18 bar correspondiente a la presión del punto triple de este fluido. En la práctica, de alguna manera el sistema se mantiene a una presión de 6 a 7 bar, manteniendo así un margen de seguridad de ,82 a 1,82 bar.

Mientras que la temperatura de sublimación del CO2 sólido a presión atmosférica es de -8°C, el hecho de mantener la presión en el ¡ntercambiador a 6 bar relativos aumenta la temperatura de vaporización a aproximadamente -5°C.

Por otro lado, el hecho de realizar el Intercambio térmico a 6 bar y no a presión atmosférica, disminuye ligeramente la capacidad frigorífica del C2. En efecto, cuando un kilogramo de CO2 extraído de un almacenamiento, por ejemplo en condiciones convencionales de tipo 2 bar absolutos / -2°C, entra en un intercambiador, libera 277,97 kJ/kg si se propulsa a -5°C en forma gaseosa a 6 bar relativos, mientras que para la misma cantidad de C2, libera 292,6 kJ/kg cuando se propulsa a -5°C a presión atmosférica, con una ganancia del 5%.

A modo de ejemplo, se han encontrado aplicaciones de utilización del CO2 propulsado a 6 bar después de pasar por un ¡ntercambiador en el transporte refrigerado en camión, aunque Igualmente en túneles o cámaras de ultracongelación; cuando un ¡ntercambiador de calor se alimenta con C2 líquido que se evapora en este ¡ntercambiador, extrae el calor del medio a enfriar y produce así el frío deseado; la transferencia del frío a los productos pasa por un intercambio con el aire interno del túnel, de la cámara o del camión mediante medios de ventilación asociados a cada ¡ntercambiador.

Por lo tanto, se entiende que sería interesante poder proponer una solución técnica que permita realizar el Intercambio térmico en un ¡ntercambiador de tipo de tubos o placas (intercambio Indirecto), para aquellas temperaturas del ¡ntercambiador no obstante bajas (típicamente -5°C), por supuesto sin poner en riesgo la formación de nieve y sin perder la capacidad calorífica del C2 después de su expansión a 6 bar a presión atmosférica.

Como se verá con más detalle más adelante, la presente Invención propone una nueva solución de Intercambio cuyas principales características pueden resumirse de la siguiente manera:

- la solución propuesta aquí reside en la configuración de ¡ntercambiador adoptada, donde el ¡ntercambiador, que puede ser por ejemplo de tipo de tubos o placas, está constituido por dos intercambiadores montados en serie;

- el primer ¡ntercambiador puede alimentarse con C2 líquido (por ejemplo en condiciones convencionales del tipo -2°C/2 bar), encontrándose el líquido, antes de llegar al primer ¡ntercambiador, un expansor termostático o un conjunto de sonda de temperatura/regulador/válvula, u otro medio que permita ajustar el caudal de C2 que alcanza el 1er ¡ntercambiador a las necesidades térmicas en juego, es decir, controlar un sobrecalentamiento, en otras palabras, una diferencia de temperatura entre la temperatura correspondiente a la presión de vapor saturante (por ejemplo 6 bar, -53,1°C) y por ejemplo -5°C, que corresponde a 3,1° de sobrecalentamiento;

- manteniendo en este primer ¡ntercambiador una presión superior a 5,18 bar relativos, es decir, la temperatura de cambio de fase del C2 (y se evita así la formación de nieve), se podrán mantener, por

ejemplo, 6 bar absolutos gracias a un regulador o un conjunto de detector de presión/regulador/válvula, colocado a la salida de este primer intercambiador;

- esta disposición permite asegurar que el C2 está presente en el primer intercambiador en una forma estrictamente difásica liquido/gas, sin que en ningún momento las condiciones utilizadas permitan la formación de sólido;

- la temperatura mínima obtenida en este primer intercambiador es entonces cercana a -5°C;

- según uno de los modos de realización, el regulador a la salida del primer intercambiador va precedido de un separador de fases para evitar cualquier salida de líquido del primer intercambiador.

Este regulador así como la salida del primer intercambiador pueden estar instalados en la parte superior en la instalación general, para evitar las salidas de líquido, pero las configuraciones donde los dos intercambiadores están en el mismo plano son perfectamente posibles.

La presencia opcional del separador mencionado anteriormente ayuda a reforzar la fiabilidad del sistema. Evita el suministro de líquido al regulador y, por lo tanto, la formación de nieve y la obstrucción del mismo.

- En resumen, el CO2 líquido se vaporiza en este primer intercambiador y el gas formado en el intercambiador, por ejemplo a 6 bar, se libera en el segundo intercambiador;

- este segundo intercambiador está a presión atmosférica (y, en todo caso, a una presión inferior a la del punto triple del fluido), el gas pasa mientras entra en este segundo intercambiador de 6 bar (o de la presión mantenida más generalmente en el primer intercambiador) a la presión atmosférica (o, en todo caso, a una presión comprendida entre el punto triple del fluido y la presión atmosférica), produciendo frío, en concreto una temperatura comprendida típicamente entre -6°C y -7°C;

- y este es el mérito de la presente invención, puesto que en el segundo intercambiador se utiliza entonces este frío, producido por la expansión a presión atmosférica, y se utiliza entonces toda la energía contenida en el CO2.

La presente invención se refiere entonces a un proceso que utiliza CO2 líquido como fluido criogénico para transferir frigorías a los productos, proceso del tipo denominado de inyección indirecta donde el CO2 líquido es enviado a un sistema de intercambiador térmico donde se evapora, la transferencia de frío a los productos pasa por un intercambio entre la atmósfera que rodea los productos y las paredes frías del intercambiador térmico, estando constituido el sistema de intercambiador... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Proceso que utiliza CO2 líquido como fluido criogénico para transferir frigorfas a productos, proceso del tipo denominado de inyección indirecta donde el CO2 líquido se envía a un sistema de intercambiador térmico donde se evapora, pasando la transferencia de frío a los productos por un intercambio entre la atmósfera que rodea los productos y las paredes frías del intercambiador térmico, estando constituido el sistema de intercambiador por dos intercambiadores montados en serie, el segundo intercambiador (4/5) se mantiene a presión atmosférica o a una presión comprendida entre el punto triple del fluido y la presión atmosférica, caracterizado por que el primer intercambiador (2/31) se mantiene a una presión superior a la presión del punto triple del C2.

2. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado de la siguiente manera:

- se alimenta CO2 líquido al primer intercambiador, encontrándose el líquido, antes de llegar al primer intercambiador, un medio (1/2) capaz de ajustar el caudal de C2 y de controlar el nivel de sobrecalentamiento con relación con la temperatura correspondiente a la presión de vapor saturante;

- se mantiene en el primer intercambiador una presión superior a la presión del punto triple del C2;

- se realiza la vaporización del C2 líquido en el primer intercambiador, y se dirige el gas así formado al segundo intercambiador, que lo mantiene a presión atmosférica o a una presión comprendida entre el punto triple del fluido y la presión atmosférica.

3. Proceso según la reivindicación 2, caracterizado por que dicho medio capaz de ajustar el caudal es un expansor termostático o un conjunto constituido por una sonda de temperatura, un regulador y una válvula.

4. Proceso según las reivindicaciones 2 o 3, caracterizado por que se mantiene en el primer intercambiador una presión superior a la presión del punto triple del C2 gracias a la presencia de un regulador (3/4) o de un conjunto constituido por un detector de presión, un regulador y una válvula, colocado a la salida de este primer intercambiador.

5. Proceso según la reivindicación 4, caracterizado por que el regulador a la salida del primer intercambiador va precedido de un separador de fases (373).

6. Instalación de transferencia de frigorías a productos usando C2 líquido, utilizando la instalación un proceso del tipo denominado de inyección indirecta y que comprende:

- un sistema de intercambiador térmico capaz de hacer circular el C2 líquido; y

- medios de ventilación asociados al sistema de intercambiador térmico, capaces de poner en contacto la atmósfera que rodea los productos con las paredes frías del sistema de intercambiador térmico,

utilizando la instalación las siguientes medidas:

- el sistema de intercambiador está constituido por dos intercambiadores montados en serie (2/3', 4/5);

- la instalación comprende, aguas arriba de la entrada del primer intercambiador, un medio (1/2) capaz de ajustar el caudal de C2 y de controlar el nivel de sobrecalentamiento con relación con la temperatura correspondiente a la presión de vapor saturante;

- el segundo intercambiador está a presión atmosférica o a una presión comprendida entre el punto triple del fluido y la presión atmosférica, caracterizado por que la instalación comprende un medio para mantener en el primer intercambiador una presión superior a la presión del punto triple del C2.

7. Instalación según la reivindicación 6, caracterizada por que dicho medio capaz de ajustar el caudal es un expansor termostático o un conjunto constituido por una sonda de temperatura, un regulador y una válvula.

8. Instalación según la reivindicación 6 o 7, caracterizada por que dicho medio para mantener en el primer intercambiador una presión superior a la presión del punto triple del C2 es un regulador (3/4) o un conjunto constituido por un detector de presión, un regulador y una válvula, colocado a la salida de este primer intercambiador.

9. Instalación según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizada por que comprende un separador de fases (373), intercalado aguas arriba del medio para mantener el primer intercambiador a una presión superior a la presión del punto triple del C2.