Proceso de enfriamiento criogénico utilizando un flujo de CO2 difásico sólido-gas.

Proceso que utiliza CO2 líquido como fluido criogénico para transferir frigorías a productos

, proceso del tipo mencionado de inyección indirecta donde el CO2 líquido se envía a un sistema de intercambiador térmico donde se evapora, produciéndose la transferencia de frío a los productos por un intercambio entre el aire que rodea los productos y las paredes frías del intercambiador térmico, favorecido mediante medios de ventilación asociados al sistema de intercambiador térmico, caracterizándose el proceso por que, antes de alcanzar el sistema de intercambiador, el CO2 líquido ha experimentado una operación de expansión, a una presión elegida para obtener una mezcla sólido/gas a la salida de la operación de expansión.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2011/050159.

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: DUBREUIL, THIERRY, YOUBI-IDRISSI,MOHAMMED.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS... > MAQUINAS, INSTALACIONES O SISTEMAS FRIGORIFICOS;... > F25B9/00 (Máquinas, instalaciones o sistemas por compresión en los cuales el refrigerante es aire u otro gas de bajo punto de ebullición)
  • 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-2531044_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Proceso de enfriamiento criogénico utilizando un flujo de C2 difásico sólido-gas

La presente invención se refiere al campo de los procesos que utilizan C2 como fluido criogénico, en procesos de enfriamiento, de congelación y de conservación de productos, en particular productos alimentarios, pero también como fuente de frío en los camiones frigoríficos que transportan productos frescos y/o congelados (y por tanto termosensibles).

En tales procesos y aplicaciones, la mayoría de las veces, el C2 está destinado a ser utilizado en inyección directa, variando las temperaturas de regulación de los productos que se va a enfriar típicamente entre y -2°C en el caso del transporte refrigerado, y entre -4°C y -7°C en las células y otros túneles de enfriamiento.

Aunque la utilización de C2 en inyección directa presenta ventajas incontestables, especialmente la ausencia de barrera térmica y, en consecuencia, la garantía de una eficacia térmica máxima, presenta en contraste algunos inconvenientes, entre los cuales pueden citarse:

- la cuestión de la seguridad: requiere la introducción de dispositivos que permitan evitar el riesgo de asfixia (sistemas de alarma, sistemas de extracción, sensores de C2), con los costes y las restricciones que esto implica;

- desde el punto de vista termodinámico: las calorías de los gases de extracción, especialmente aquellos a -4°C/-7°C, son difícilmente recuperables porque después de su contacto directo con los productos que se van a enfriar, quedan contaminados por la presencia de trazas de humedad, de partículas de productos, etc...

Pero también existen numerosas aplicaciones en las que el C2 se utiliza en inyección indirecta en un bucle abierto, especialmente en aplicaciones para el transporte refrigerado pero también en los túneles de congelación; donde un intercambiador de calor se alimenta con C2 líquido que se evapora en este intercambiador, extrae el calor del medio que se va a enfriar y produce así el frío deseado (produciéndose la transferencia del frío a los productos por un intercambio con el aire interno del túnel o del camión mediante medios de ventilación asociados a cada intercambiador). Por tanto, se utiliza aquí un cambio de fase LíquidoA/apor que, con respecto a las propiedades termodinámicas del C2, está "restringido" a una presión teórica de 5,18 bar correspondiente a la presión del punto triple de este fluido. En otras palabras, la temperatura a la que se produce el cambio de fase queda limitada y, en todos los casos, es estrictamente superior a -56,6°C. Por tanto, esto demuestra que la utilización del C2 en inyección indirecta no permite alcanzar niveles de temperaturas muy bajos, al contrario que lo que permite el nitrógeno líquido, por ejemplo.

El documento WO 26/12934 describe un proceso y una instalación de transferencia de frigorías a productos utilizando C2 líquido según los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 5, respectivamente.

La presente invención desea proponer nuevas condiciones de utilización del C2 como fuente de frío en aplicaciones de inyección indirecta.

Como se verá con más detalle posteriormente, la invención propone desarrollar un flujo difásico gas-sólido.

La invención se refiere un proceso que utiliza el C2 líquido como fluido criogénico, que permite transferir frigorías a los productos, proceso del tipo mencionado de inyección indirecta donde el C2 líquido se envía a un sistema de intercambiador térmico donde se evapora, produciéndose la transferencia de frío a los productos por un intercambio entre el aire que rodea los productos y las paredes frías del ¡ntercambiador térmico, favorecido por medios de ventilación asociados al sistema de ¡ntercambiador térmico, el proceso se caracteriza por que antes de alcanzar el sistema de intercambiador, el C2 líquido ha experimentado una operación de expansión, a una presión elegida para obtener una mezcla sólido/gas a la salida de la operación de expansión.

Según un modo preferido de realización de la invención, antes de alcanzar la operación de expansión, el C2 líquido se ha llevado a una situación de intercambio térmico con los gases fríos obtenidos a la salida del sistema de intercambiador térmico (resultantes de la fusión realizada en el sistema de ¡ntercambiador térmico).

Este intercambio térmico entre el C2 líquido y los gases fríos obtenidos a la salida del sistema de intercambiador térmico se realiza, por ejemplo, en un intercambiador de placas.

Por lo tanto, se entenderá tras leer lo anterior que:

- no se envía C2 líquido al intercambiador de este proceso de inyección indirecta, como en la técnica anterior, sino un fluido resultante de una expansión, en el que hay una parte de sólido (es un fluido difásico gas/sólido);

- y el modo ventajoso de realización de la invención explicado anteriormente, donde antes de ser enviado al expansor, el líquido se intercambia con la fase gas extraída del sistema de ¡ntercambiador térmico (que es una manera de sub-enfriar este líquido), ofrece un rendimiento térmico más elevado puesto que la fracción sólida en el líquido sub-enfriado después de expandido es entonces más elevada.

Otras características y ventajas de la presente invención serán más evidentes en la siguiente descripción, dada a título ilustrativo, aunque no limitativo, junto con los dibujos adjuntos para los cuales:

la figura 1 es una representación esquemática parcial de un modo de realización de la invención;

la figura 2 presenta las curvas de diferencia de entalpia, que permiten visualizar la diferencia de entalpia entre los puntos 2 y 3 de la figura 1, incluyendo los calores latente y sensible, para dos niveles de presión, 5,18 bar (presión del punto triple) y 1 bar.

la figura 3 es una representación esquemática parcial de un modo ventajoso de realización de la invención que utiliza un sub-enfriamiento del C2 líquido antes de que llegue al expansor.

La figura 1 permite visualizar de forma simple y clara la trayectoria del C2 líquido en un proceso conforme a la Invención. Se puede hacer referencia, si fuera necesario, para un mejor seguimiento, pero sin que de ninguna manera suponga una obligación, a un diagrama de Mollier, diagrama bien conocido por el experto en la materia, pero el solicitante ha elegido no incluirlo aquí por razones de inteligibilidad.

Como puede verse en la figura 1, el C2 líquido (punto 1) se extrae del almacenamiento, por ejemplo en las condiciones normales de tipo 2 bar / -2°C (o incluso 45°C / 8 bar dependiendo del país), se expande a una presión Inferior a la del punto triple, por ejemplo a 5,18 bar (punto 2), antes de alcanzar el sistema de intercambiador.

El sistema de intercambiador se utiliza en un proceso de inyección indirecta: por ejemplo en una operación de enfriamiento, de congelación o de conservación de productos, en particular de productos alimentarios (el sistema de Intercambiador está entonces presente, por ejemplo, en el interior de una célula o de un túnel criogénico), o en un camión frigorífico que transporta productos perecederos termosensibles.

Se obtiene así en el punto 2, una mezcla difásica gas/sólido en la que la fracción de sólido varía en función de la presión en el punto 2. A título ilustrativo, típicamente es de 52% a 5,18 bar / - 56,6°C y de 47% a 1 bar / -8°C.

Esta mezcla difásica se hace circular entonces en el interior del sistema de intercambiador, donde le mezcla transfiere su calor latente de fusión además de una parte de su calor sensible. El diseño del intercambiador y especialmente su superficie de intercambio, así como el flujo de C2, definen la capacidad frigorífica suministrada así como... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Proceso que utiliza CO2 líquido como fluido criogénico para transferir frigorías a productos, proceso del tipo mencionado de inyección indirecta donde el C2 líquido se envía a un sistema de intercambiador térmico donde se evapora, produciéndose la transferencia de frío a los productos por un intercambio entre el aire que rodea los productos y las paredes frías del intercambiador térmico, favorecido mediante medios de ventilación asociados al sistema de intercambiador térmico, caracterizándose el proceso por que, antes de alcanzar el sistema de intercambiador, el CO2 líquido ha experimentado una operación de expansión, a una presión elegida para obtener una mezcla sólido/gas a la salida de la operación de expansión.

2. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado por que antes de alcanzar la operación de expansión, el C2 líquido se intercambia térmicamente con los gases fríos obtenidos a la salida del sistema de intercambiador térmico, en un medio que permite tal Intercambio térmico.

3. Proceso según la reivindicación 2, caracterizado por que se ha dimensionado la superficie de intercambio del sistema de intercambiador de forma que solo se realice en el intercambiador una fusión parcial de la mezcla gas/sólido que entra, teniendo lugar entonces la fusión total de la mezcla en dicho medio que permite un intercambio térmico.

4. Proceso según la reivindicación 2 o 3, caracterizado por que dicho medio que permite un intercambio térmico es un Intercambiador de placas.

5. Instalación de transferencia de frigorías a productos que utiliza C2 líquido, usando la Instalación un proceso del tipo mencionado de inyección Indirecta y que comprende:

- un sistema de intercambiador térmico adecuado para hacer circular allí el C2 líquido; y

- medios de ventilación asociados al sistema de intercambiador térmico, adecuados para poner en contacto el aire que rodea los productos con las paredes frías del sistema de intercambiador térmico, caracterizándose la instalación por que comprende un sistema expansor, situado aguas arriba del sistema de intercambiador, adecuado también para expandir el C2 líquido antes de su llegada al sistema de intercambiador, a una presión elegida para obtener una mezcla sólido/gas a la salida de la operación de expansión.

6. Instalación según la reivindicación 5, caracterizada por que comprende además un sistema sub-enfriador, por ejemplo un intercambiador de placas, situado en la instalación según la siguiente disposición:

- el sistema sub-enfriador está situado entre la fuente de C2 líquido y el sistema expansor, con el fin de permitir que el C2 líquido pueda transitar por una primera vía de este sistema sub-enfriador antes de alcanzar el sistema expansor;

- por otro lado, dicha disposición es tal que permite transitar por una segunda vía del sistema sub-enfriador a los gases fríos extraídos del sistema de intercambiador térmico.