Sistema de aprovechamiento energético, en forma de calor, a partir de una instalación de refrigeración,

que comprende una serie de equipos que se acoplan en cascada al sector de alta de la instalación frigorífica de la cual se desvían los gases de descarga hacia un depósito desrecalentador (AP1)en el que barbotean y se enfrían hasta su temperatura de saturación, del cual, se aspira una cantidad determinada de gases saturados, por medio de al menos un compresor (HPC) que los comprime a alta presión y temperatura y los descarga hacia unos intercambiadores (HE) en los que se enfría y condensan, cediendo su calor sensible y latente, para conseguir que el fluido calefactor de dichos intercambiadores (agua, aire o cualquier otro) eleve su temperatura por encima de la que se alcanzaría con los gases de descarga de la instalación de refrigeración

Sistema de aprovechamiento energético, en forma de calor, a partir de una instalación de refrigeración.

Objeto de la invención

Dado el creciente coste de la energía, la escasez e importancia de los recursos hídricos, la necesidad de los países en reducir sus emisiones de CO2 para cumplir con el Protocolo de Kyoto, el deseo de reducir la dependencia del petróleo y en definitiva el afán de fomentar un desarrollo sostenible de las industrias y de nuestra sociedad en su conjunto, se presenta el sistema como una aportación tecnológica que contribuya en buena medida a satisfacer todas estas necesidades en los sectores de la industria y de los servicios a que va destinado.

El propósito principal del sistema es el de proporcionar calor a temperaturas moderadas (hasta +80ºC) al agua o a cualquier otro fluido caloportador y al más bajo coste energético posible. Podemos simplificar, definiendo este sistema como un substituto de las calderas en las aplicaciones a que va destinado, pero sin la necesidad de consumir combustible alguno.

El sistema se basa en el principio termodinámico de la bomba de calor, presentado por el ilustre físico Lord Kelvin de Largs a final del siglo XIX; siendo su particularidad tecnológica y la novedad del sistema el hecho de que va acoplado en cascada a un sistema frigorífico existente, del que extrae el calor y lo libera a una temperatura más elevada para su aprovechamiento en los procesos que se requiera. El sistema es la solución óptima en aquellos procesos industriales donde existe demanda simultánea de refrigeración y calefacción. Algunas de estas aplicaciones, a título de ejemplo, son las siguientes:

• Los procesos de secado del jamón y embutidos, para los cuales se utilizan baterías aleta-tubo de refrigeración, calefacción primaria y calefacción de apoyo. En la actualidad estos procesos funcionan con sistemas frigoríficos, con calor recuperado en descarga del sistema frigorífico y con calderas de gas, gasoil o fuel-oil. En estas aplicaciones, el sistema permitiría la reducción del consumo de combustible, la reducción del consumo eléctrico del sistema frigorífico instalado, así como la reducción del agua de condensación del sistema frigorífico, si se tratase de condensación evaporativa.

• Los mataderos, donde por una parte existen grandes demandas de refrigeración en el tratamiento y conservación de la carne, a la vez que se consumen grandes cantidades de agua caliente para la limpieza y los procesos de escaldado. Las industrias actuales utilizan sistemas de refrigeración de diversos tipos para satisfacer las necesidades de frío y calderas de combustibles diversos para la obtención del agua caliente y el vapor. En estas aplicaciones de nuevo, el sistema permitirá la reducción del consumo de combustible, la reducción del consumo eléctrico del sistema frigorífico instalado, así como la reducción del agua de condensación del sistema frigorífico, si se tratase de condensación evaporativa.

• En las industrias conserveras, donde el escenario es similar al anterior, ya que existen grandes demandas frigoríficas así como de agua caliente.

• Las industrias cerveceras, con enormes necesidades de refrigeración y de calor para el aire de secado y para el agua caliente de proceso.

Antecedentes de la invención

Actualmente los sistemas de refrigeración y los sistemas de calentamiento de agua sanitaria, o para calentar el agua glicolada de unas baterías calefactores auxiliares, son independientes. Se conocen algunos sistemas que aprovechan el calor emitido por los condensadores de una planta frigorífica que consisten básicamente en introducir total o parcialmente los condensadores del circuito de frío en el compartimento a calentar para capturar y emitir la energía calorífica o para conducirla por una o varias salidas hacia la zona o departamento que se desee calentar (ES-2214116). Estos sistemas ni emplean el fluido que circula por el circuito de alta en la instalación de refrigeración, ni se acoplan en dicho circuito, si no que son sistemas independientes, sin conexión entre sí; por ello, el aprovechamiento del calor desprendido solo se puede hacer hasta alcanzar la temperatura del condensador y nunca se puede obtener en el calor "enriquecido" a temperatura superior.

Descripción de la invención

El sistema de la invención se acopla en cascada al sector de alta de un sistema frigorífico cualquiera, trabajando en paralelo con el sistema de condensación, del que "roba" el calor que "enriquece" liberándolo a una temperatura más elevada al fluido calefactor de proceso (agua, aire o cualquier otro), con un bajo consumo energético eléctrico. Este sistema incluye al menos los siguientes equipos y dispositivos:

Se trata de un sistema abierto-directo, es decir que comparte el mismo fluido refrigerante del sistema frigorífico, del que roba calor que libera a una temperatura más elevada al fluido calefactor de proceso. Los gases de descarga procedentes de la planta frigorífica se desvían hacia el depósito desrecalentador en el que barbotean y se enfrían hasta su temperatura de saturación, siendo aspirado de este depósito por al menos un compresor que aspira una cantidad determinada de gas saturado, lo comprime a alta presión y temperatura y descarga hacia unos intercambiadores en los que se enfrían y condensan, cediendo su calor sensible y latente para su aprovechamiento. Los gases saturados, que no son aspirados por dicha unidad de compresión continúan fluyendo hacia los condensadores de la planta frigorífica de modo convencional y el fluido condensado en los intercambiadores es drenado y expansionado de forma continua hacia el desrecalentador en el cual el gas se separa del líquido, siendo el primero aspirado de nuevo por los compresores, mientras que el líquido se acumula en el fondo de este depósito desrecalentador y es utilizado para saturar los gases de descarga que van fluyendo desde la planta frigorífica y para alimentar con líquido al sector de baja de la planta frigorífica.

Descripción de las figuras

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1 muestra esquemáticamente el sistema de la invención, acoplado a una instalación frigorífica, en el que se han indicado las distintas potencias caloríficas.

La figura 2 muestra un ejemplo de implantación de este sistema a una industria de secaderos de jamones, en la que se utiliza el glicol caliente como fluido calefactor principal y adicionalmente una menor cantidad de agua sanitaria para labores de limpieza y otros usos sanitarios.

La figura 3 muestra un ejemplo de implantación del sistema anterior, en el que por una parte se extrae calor útil en un fluido secundario (agua caliente, agua glicolada caliente u otros), a la vez que se genera gas caliente que es utilizado como fluido calefactor por el propio circuito frigorífico al que va acoplado.

Realización preferente de la invención

El concepto de funcionamiento de este sistema queda ilustrado en la figura 1, donde se muestra una instalación frigorífica por compresión de vapor, atendiendo a varias cámaras frigoríficas, que extrae "Qc" potencia calorífica (frigorífica) de dichas cámaras y libera en la descarga dicha potencia más la potencia de compresión del sistema frigorífica; esto es "Qd= Qc + HxW", siendo "HxW" la potencia de compresión del circuito frigorífico. De esa energía calorífica en descarga "Qd", el sistema puede absorber...

1. Sistema de aprovechamiento energético, en forma de calor, a partir de una instalación de refrigeración caracterizado porque comprende una serie de equipos que se acoplan en cascada al sector de alta de la instalación frigorífica, en paralelo con el sistema de condensación, del que roba calor que libera a una temperatura más elevada al fluido calefactor de proceso, efectuándose dicho acoplamiento a través de un desvío para los gases de descarga procedentes de la planta frigorífica hacia un depósito desrecalentador (AP1) en el que barbotean y se enfrían hasta su temperatura de saturación, del cual, al menos una unidad de compresión (HPC), aspira una cantidad determinada de gas saturado, lo comprime a alta presión y temperatura y descarga hacia unos intercambiadores (HE) en los que se enfrían, cediendo su calor sensible y latente; mientras que el gas saturado que no es aspirado por dicha unidad de compresión (HPC) continúa fluyendo hacia los condensadores de la planta frigorífica de modo convencional y el fluido condensado en los intercambiadores es drenado y expansionado de forma continua hacia el desrecalentador (AP1), en el cual el gas se separa del líquido, siendo el primero aspirado de nuevo por los compresores, mientras que el líquido se acumula en el fondo de este depósito desrecalentador (AP1) y es utilizado para saturar los gases de descarga que van fluyendo desde la planta frigorífica y para alimentar con líquido al sector de baja de la planta frigorífica.

2. Sistema, según la reivindicación anterior, caracterizado porque, por una parte libera calor útil en un fluido secundario (agua caliente, agua glicolada caliente u otros usos), y otro lado genera, opcionalmente, gas caliente que es utilizado como fluido calefactor por el propio circuito frigorífico al que va acoplado.

3. Sistema, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el desrecalentador (AP1) en el que se produce la saturación de los gases de descarga de la planta frigorífica, separándose el líquido saturado y el gas, para que este último pueda ser aspirado por los compresores (HPC1-HPC2) mientras que el líquido sobrante fluye hacia el sistema de condensación de la planta frigorífica, presenta una válvula de flotador (FV3) que mantiene un nivel de líquido constante, drenando de forma continua hacia el sector de baja presión de la planta frigorífica todo el líquido que rebasa el nivel de líquido de diseño del desrecalentador.

4. Sistema, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el desrecalentador (AP1) también dispone de un subsistema de recuperación de aceite de lubricación utilizado por los sistemas de compresión, que con el paso del tiempo y debido al barboteo de dichos gases en el líquido saturado se va decantando en la parte baja del desrecalentador (AP1) y de éste en un pote decantador de aceite (OP), que se va llenando de aceite y se va vaciando de amoniaco, hasta el momento en que un control de nivel de aceite detecta suficiente nivel de éste y genera una señal digital, con la que se activa la bobina de la válvula solenoide de recuperación hacia la planta frigorífica.

5. Sistema, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el desrecalentador (AP1) también dispone de un subsistema de cebado del mismo para el arranque, constituido por un recipiente de cebado (AP2) hacia el que se desvía la línea de líquido de alta de la instalación frigorífica, de forma que esté siempre lleno de líquido y por tanto al abrir la válvula electroneumática de cebado (XV1) y poner en marcha la bomba de cebado (BC), se produzca un trasiego de líquido desde el recipiente de cebado (AP2) hacia el desrecalentador (AP1), hasta que el control de nivel de cebado (LSL2) en el desrecalentador (AP1) detecte que el nivel de líquido es suficiente para saturar los gases de descarga y los compresores (HPC1-HPC2) pueden aspirar gases saturados e iniciar su secuencia normal de arranque del sistema.

6. Sistema, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el circuito de agua caliente sanitaria utiliza dos intercambiadores (HE1) y (HE2) en cascada, con un circuito primario y secundario de agua caliente y agua caliente sanitaria, para evitar cualquier contaminación del agua caliente sanitaria con el amoniaco del sistema.

7. Sistema, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el enfriamiento de las culatas de los compresores se efectúa por refrigeración a través de la propia agua glicolada caliente, que se diversifica en dos ramales de pequeño diámetro controlados por el sistema de control autónomo de cada compresor (ZC1) y (ZC2); o a través del circuito de agua de enfriamiento de uno de los evaporadores (HE).